Kapton薄膜偏轴拉伸试验研究

为深入揭示Kapton高分子膜材强度和刚度特征,对其进行7个偏轴角度(0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°)下的单轴拉伸试验,获得了材料在各角度下的应力-应变关系、强度和断裂延伸率等数据,推导了相应的弹性模量-应变关系。结果表明:Kapton薄膜为典型的非线性、各向异性材料,整个拉伸过程的应力-应变曲线可以分为3个阶段,即近似弹性段、应变强化段、应力强化段;Kapton膜材强度随偏轴角度的变化表现出“N”形分布规律,异于Tsai-Hill等强度准则的“U”形规律,这是由于膜材内部分子链的择优取向,导致偏轴角度30°时抗拉强度最大,偏轴角度60°时抗拉强度最小;断裂延伸率随偏轴角度的增大呈现出增大的趋势;不同偏轴角度下的弹性模量均有所差异,正交各向异性板的弹性理论可以较好预测Kapton膜材的等效弹性模量;研究所得结论可为Kapton膜材强度、变形预测及相应的充气可展结构设计分析提供参考。

Kapton薄膜低温单向拉伸性能

为考察充气天线结构反射面膜材的低温力学性能,对厚度为25μm的Kapton(聚酰亚胺)高分子膜材,沿机器展开方向(machine direction,简称MD)和垂直方向(transverse direction,简称TD)2个方向按相应规范裁取长条型试样,进行了5种温度(20,0,-10,-40和-70℃)下的单向拉伸性能实验,得到低温下该膜材应力⁃应变曲线,从微观层面解释随温度降低膜材拉伸曲线由非线性过渡至线性的变化机理。在低温单向拉伸实验基础上,提出Kapton膜材强度的温度影响系数,获取抗拉强度、断裂延伸率、等效屈服应力、屈服应变和拉伸弹性模量随温度影响系数的变化规律,同时给出各力学性能参数随温度变化的拟合公式。该实验结果为Kapton膜材低温使用环境下的强度设计分项系数取值提供依据,同时为充气可展天线结构在轨极端温度场效应测试提供材料性能的基础数据。

Kapton薄膜高温单轴循环拉伸的力学性能

以25μm厚充气可展结构膜材Kapton(聚酰亚胺膜)为研究对象,选取6种温度工况(20,50,80,110,140,170℃)对其进行高温下单轴循环拉伸试验.通过分析不同循环次数和温度下的应力-应变数据,阐释了高温循环荷载作用下材料的受力机理与性能表征,分别建立了循环弹性模量与循环次数和温度的关系式,并获得了对棘轮应变以及滞回环面积等力学性能参数的影响规律.试验和分析结果表明:随着循环次数的增加,弹性模量逐步增大,滞回环面积减小;高温使得弹性模量显著降低,而滞回环面积增大;以最后一次循环加载后的结果来看,温度对TD(垂直膜材长度方向)的棘轮应变影响更大.研究所得结论可为极端温度场下的充气可展结构设计及在轨交变高低温测试提供参考.

Kapton膜材低温单轴循环拉伸力学性能研究

为明晰充气天线反射面膜材的低温循环拉伸力学性能,对25μm厚的Kapton膜材进行了低温(20、0、-10、-40、-70℃)下的单轴循环拉伸试验,通过分析不同循环次数和温度下的应力-应变曲线,阐释了低温循环荷载作用下材料的受力机理与性能表征,分别建立了弹性模量与循环次数和温度的关系式,并获得了参量对棘轮应变以及滞回环面积的影响规律.试验结果表明:随着循环次数的增加,弹性模量逐步增大,滞回环面积减小;低温使得弹性模量显著提高,而滞回环面积减小;以最后一次循环加载后的结果来看,温度对膜材垂直方向的棘轮应变影响更大.研究所得结论可为极端温度场下的充气可展结构设计及在轨交变高低温测试提供参考.

大型天线结构轮轨接触应力及疲劳寿命分析

文中采用的轮轨接触部分建模方法及疲劳分析方法和结果能够为未来同类的大型全可动望远镜结构的设计、施工及运营提供相应的参考。结果表明,在设计基准期内,该天线结构方位枢轴变位疲劳寿命满足安全要求。

Kapton薄膜单轴拉伸中心撕裂性能研究

为了探究Kapton薄膜材料中心撕裂对其力学性能的影响,选取7种中心切缝角度(0°,15°,30°,45°,60°,75°,90°)和10种温度工况(−70,−40,−10,0,20,50,80,110,140,170℃)对Kapton薄膜材料沿机器展开方向(machine direction,MD)和与其垂直的方向(transverse direction,TD)进行单轴中心撕裂试验,获取了不同切缝角度和不同温度下的应力-应变曲线,并对其破坏机制进行了探讨。通过对试验现象和数据进行分析,结果表明:Kapton薄膜材料破坏是由裂缝的发展造成,破坏断面呈现出横向的“I”形和“Z”形,切缝缺陷和温度分别对Kapton薄膜材料的抗拉强度和断裂延伸率有着显著的影响;Griffith强度理论对Kapton薄膜材料的中心撕裂强度具有较好的预测。研究所得结论可为Kapton薄膜材料力学性能的研究积累基础数据,同时为充气天线结构的工程应用提供有益参考。