复合材料桁架式机架设计方案

为进一步降低某上面级发动机机架结构质量,对其高强度钢的桁架式机架开展了以复合材料替代金属的设计方案研究。通过对原金属桁架式机架力学设计特性分析,在保持原结构对接参数及外形尺寸不变的情况下,提出了一种碳纤维/环氧树脂复合材料机架的设计方案,并重点对杆件结构进行详细设计及影响参数分析。首先,采用基于Matlab软件的遗传算法优化工具箱对杆件截面尺寸及纤维缠绕角度优化,然后对接头结构进行设计,并组装成复合材料整体机架,对强度、刚度及稳定性等参数分析及校核。研究结果表明:新设计复合材料机架在满足原机架基本设计要求基础上,相对于原机架实现了40%以上的减重。研究方法可为复合材料桁架结构设计研究提供借鉴。     

复合材料层合板的低能冲击损伤及剩余拉伸强度研究

针对复合材料层合板的冲击及冲击后的拉伸过程提出了一种全程分析方法。该方法应用三维逐渐累积损伤理论对层合板的冲击及冲击后含损伤层合板在拉伸载荷下损伤破坏的全过程进行分析,分析中没有对冲击后层合板的损伤状态做人为假设,而是把冲击后层合板的实际损伤状态直接用于剩余拉伸强度研究,从而不仅提高了最终失效载荷的预测精度,而且避免了为获得冲击后损伤状态参数所进行的大量试验,同时开发了模拟程序,该程序可以预测任意铺层角度、铺层厚度的层合板在冲击载荷及冲击后拉伸载荷下的逐渐损伤破坏过程和最终失效载荷。通过与已有文献结果进行比较,验证了方法及程序的正确性。     

国外先进复合材料发展及其在卫星结构中应用

本文叙述了先进复合材料在卫星结构上的应用与地位,通过对卫星结构使用材料综合分析,指出发展先进复合材料的重要性,特别指出碳/环氧复合材料将成为卫星结构中应用的主要材料。 本文还简述了我国卫星结构中应用复合材料概况,并结合我国国情对发展复合材料过程中,急需解决的问题提出一些看法和建议。     

碳纤维增强树脂基复合材料固化残余应力评估方法研究现状

在碳纤维增强树脂基复合材料设计及制备阶段，对成型过程残余应力进行准确的测试、评估，可为结构优化、工艺参数制定、模具参数选择等提供理论依据，也为后续应用阶段残余应力对复合材料构件性能结构稳定性影响研究提供基础。文中概述了碳纤维增强树脂基复合材料固化残余应力的形成机制，介绍了测试方法以及仿真模拟的原理、特点及在碳纤维增强树脂基复合材料残余应力评估中的应用，对仿真所需的主要性能参数的数值、测试方法进行了总结，基于仿真方法的多种优势，认为该方法为残余应力评估重点发展方向，提出该方法未来的研究重点，为进一步优化热物理、力学等性能时变特性模型，提高仿真模型的准确性，并将性能测试方法标准化；建立各类树脂、纤维仿真数据库；进行各类型复合材料构件的残余应力仿真结果准确度的验证研究。     

复合材料层合板热-力作用下的失效研究

碳纤维复合材料力学性能优异,在航空航天等领域广泛使用,其在热-力联合作用下的损伤失效研究对于结构的损伤破坏和强度预测具有重要意义。发展了热力耦合条件下复合材料结构渐进损伤分析方法,建立了三维有限元热烧蚀模型,并验证了计算模型的可靠性;采用三维Hashin失效准则,结合材料刚度突然退化模式,建立了失效分析模型,仿真分析了热-力联合作用下复合材料层合板损伤演化全过程。结果表明,该方法不仅能够较好地模拟复合材料层合板从局部失效的萌生、扩展直至结构完全失效的全过程,而且可以直观地显示结构的损伤失效模式,预测结构在不同条件下的承载能力。     

《复合材料界面科学》(英文原版)简介

先进结构复合材料性能的显著提高取决于对基体和增强物之间界面的了解和控制。这样的界面是复合材料最重要的而又了解最少的问题之一,特别是对发生在界面原子水平上的过程和这些过程如何影响材料的综合性能问题缺乏了解,例如发生在原子、微观及宏观水平上的损伤累积之间有密切的关系,这些过程强烈地耦合和经常足以触发另一过程,因此,关于     

双推力室机架快速优化设计方法研究

针对双推力室发动机机架结构开展快速优化设计方法研究,包括模型参数化和结构的优化设计。通过2种不同工况机架实体和简化模型结构分析结果比较,验证了采用梁单元和MPC单元简化模型进行优化设计的合理性。自编程序直接生成包含机架结构布局和尺寸参数信息的有限元模型文件,解决了传统参数化设计中建模精度和时间对优化设计的制约问题。综合考虑强度、刚度和稳定性进行机架结构布局和轻质化优化设计,机架结构在满足各项约束条件下重量发生明显下降,优化设计收到理想的效果。     

适用于遥感器遮光罩的复合材料及工艺研究

针对空间遥感器系统的发展演变,分析了遮光罩所用材料体系的变化情况,重点总结了高性能纤维增强树脂基复合材料在空间遥感器遮光罩中的应用情况。从工程化应用水平来看,目前尚处于在替代传统材料满足型号产品需求的较低阶段,本文简要归纳了其中存在的主要问题。针对蜂窝夹层结构、光阑结构、薄壁壳体结构等不同类型的空间遥感器遮光罩,本文介绍了其所适用的复合材料及其成型工艺。同时,结合材料选择、设计工艺性、工艺设计等工程化应用中的关键环节,作了尝试性地探讨,并对高性能纤维增强树脂基复合材料的实际应用效果进行了评价。最后,就未来空间遥感器系统的发展对材料工艺的需求作了展望。     

液体火箭发动机阻尼机架减振特性研究

对具有橡胶——惯性结构的火箭发动机机架简化模型中动态载荷传播特性进行了研究。机架内动态载荷在依次通过橡胶-惯性结构粘贴位置时，携带的部分动能传递到橡胶材料内，导致机架内应力幅值显著低于能量交换前的应力。通过分析橡胶材料内外表面的速度，发现速度差引起了橡胶阻尼材料沿轴向发生剪切加载和卸载过程，并导致机架传递到橡胶材料的动态能量发生剪切变形的过程中被耗散吸收；此外，机架内动态载荷大小与机架内质点速度的变化量有关，机架内质点动能减小及运动速度降低是引起机架动态载荷幅值降低的根本原因。     

静力试验空间变形分析方法

液体火箭发动机机架在静力试验中,通常在关键位置布置多个位移传感器来测量机架在静力试验过程中的位移值,对所测的位移数据进行分析以确定机架是否满足刚度设计要求。由于位移传感器较多,无法直观、快速查找到可能存在的异常测点,同时由于无法可视化使得分析机架整体变形存在一定的困难,因此提出了一种静力试验结构变形的三维可视化分析方法。该方法利用结构的几何位置及测点位移信息,通过空间坐标重构连续再现结构在加载过程中的三维变形过程,形成三维变形动画,并基于Matlab软件平台开发了空间变形分析软件,可直观分析结构整体变形、快速查找位移测量异常点,同时软件分析结果可保存为文档文件和视频文件。该方法对于直观分析机架的整体变形过程,快速判断测点位移数据是否异常具有重要的工程实用价值。     

固体火箭发动机复合材料壳体裙连接区结构数值分析

对某固体火箭发动机纤维缠绕复合材料壳体轴压载荷作用下裙与筒段连接区(裙连接区)进行了有限元结构分析。依照壳体的结构特征和受力特性建立了裙连接区3D简化分析模型,通过对某芳纶纤维壳体仿真结果和实验数据的对比分析,验证了模型简化的合理性和有限元结果的正确性;最后对某炭纤维缠绕复合材料壳体裙连接区进行了数值分析和壳体连接区结构方案改进。结果表明,增加补强层厚度和提高补强层纤维模量可有效降低应变极值,改善结构应力分布,经改进的结构设计方案承载能力可提高20%。     

火箭多台发动机并联推力传递结构动静耦合计算方法

针对运载火箭多台发动机并联推力传递结构在工作中力学环境适应性问题，开展了动静耦合动力学计算方法研究。该研究分析了动静耦合机理，并以此为基础，计算了有无静载的结构模态频率和推力传递结构关键部位随机振动响应。结果表明，火箭推力传递结构在大推力作用下，结构的刚度发生改变，进而影响动力学特性。相关研究结果为火箭多台发动机并联推力传递结构动静联合试验提供了参考意义。     

火箭发动机七机并联机架预应力模态分析及优化

针对新一代载人运载火箭七台火箭发动机并联机架在大推力作用下的非线性振动问题,开展了七机并联传力机架的预应力模态分析及优化设计方法研究。以该研究为基础,发展了一种预应力条件下机架材料等效替换方法。在不改变结构传力路径的情况下,通过结构预应力频率优化设计,能够有效降低机架材料物性参数改变所带来的低阶预应力频率误差,以此降低传力机架在动静联合试验时的试验成本。针对七机并联机架结构开展了钛合金和不锈钢材料等效替换,结果表明优化后的不锈钢机架相比原始的钛合金机架,刚度和动力学特性变化维持在合理变化范围之内,验证了该方法的有效性。     

脉冲发动机复合壳体的强度分析及优化设计

采用ANSYS有限元软件对脉冲发动机复合壳体进行了结构强度分析和优化设计。用六节点三角形单元对复合壳体模型离散化；给出了复合壳体在临界压力载荷下的失效模式；分别在两种材料层中对最大应力约束下，以减少复合壳体的总质量为目标，对复合壳体的壁厚尺寸和过渡圆半径尺寸等设计变量进行了优化，并对设计变量的敏感度进行了分析。计算结果表明，在工作压力载荷下，安装在轨姿控舱体内的脉冲发动机的强度可以满足设计要求；壁厚尺寸是关键的优化设计变量，优化后脉冲发动机复合壳体的总质量可减轻5．7％。理论分析结果与试验结果相吻合。     

L型复合材料机械连接接头承载能力与失效行为研究

L型复合材料连接结构已应用于运载火箭结构的端框设计,但目前对于该结构的承载能力和破坏模式缺乏研究。将典型的L型连接端框简化为无弧度的平直L型接头片段,通过单向对拉试验,对6 mm和8 mm两种厚度L型机械连接接头的承载能力和破坏模式进行了研究。由承载能力试验结果表明:L型接头在拉力作用下呈现出明显的A、B、C三个阶段,其中A阶段的拉力最大值可作为该类接头结构的极限承载能力。采用有限元方法分析接头的破坏模式,仿真与试验结果的误差为2.5%,取得了较好的一致性。由数值分析表明:拉力作用下L型接头的承载能力主要取决于螺栓压紧区附近和直角拐角区域的层间强度和基体强度;在原铺层信息基础上增加0°层数和降低90°层数,对接头承载能力提升效果不明显。研究结果可为L型复合材料连接结构的设计提供参考。     

冲压发动机管路断裂故障分析及结构改进

针对发动机管路系统断裂故障,开展故障机理分析。通过软件仿真和试验相结合的结构模态分析,找出模态振型与疲劳破坏的联系,对管路结构断裂故障原因进行初步定位和定性分析。利用ANSYS nCode DesignLife软件对结构开展随机振动疲劳寿命计算,总结了随机振动疲劳计算流程和设计方法。仿真预示的管路结构断裂位置与试验结果基本一致。提出多个结构改进方案,利用振动疲劳仿真计算对不同改进结构进行定量的疲劳寿命预测,优选出最佳方案。优化方案提高了管路结构的抗振性能,降低了RMS应力值和损伤,在主要破坏工况(x向振动)疲劳损伤寿命提高到3.2×107 s,其余振动方向疲劳损伤寿命分别提高到202%(y向)和190%(z向)。通过试验考核验证改进措施有效。     

复合材料层合板激光烧蚀后的三维逐渐损伤分析

基于ANSYS平台,针对复合材料层合板经激光烧蚀后造成损伤,建立参数化三维逐渐损伤模型对其进行强度分析.采用宏观应力的三维Hashin失效准则,判定层合板材料的损伤模式;对层合板材料性能进行逐步退化,运用总体破坏准则判定其失效.分析过程中,综合考虑了不同损伤模式及其相互关联性.结果表明,该方法能较好预测含损伤复合材料层合板的强度及破坏模式.     

有限元分析在大推力火箭动力系统试验台承力架结构优化中的应用

采用通用有限元软件ANSYS建立了某火箭动力系统试验台承力架有限元模型,分析了该承力架在试验状态和试验准备状态下的应力分布,根据应力分析结果对承力梁的结构和布局作了相应优化,使结构强度满足工作要求。同时对局部结构——承力环支腿进行了应力分析和优化。最后分析了承力架的自身模态,其轴向一阶振型在试验件轴向一阶振型范围内,需...     

圆柱形Hall推力器磁场的设计与数值模拟

霍尔(Hall)推力器的磁场设计是提高其性能的关键技术之一。针对传统环形Hall推力器小型化带来的缺点,提出了圆柱形的Hall推力器。简要对比了环形和圆柱形两种推力器,对圆柱形推力器的工作原理、磁场设计的要求以及利用ANSYS有限元软件进行的电磁场数值模拟的结果进行了详细分析。结果表明,圆柱形推力器磁路设计是合理的,另外也证明了用ANSYS有限元软件进行电磁场模拟的可靠性。