空间薄膜结构的褶皱研究进展

大型柔性薄膜结构是目前国际上十分关注的可满足多项空间任务需要的新型空间结构．由于薄膜材料柔性且抵抗压缩应力作用的能力十分有限,因此这些空间结构在轨时多处于带有褶皱的工作状态．褶皱的存在会改变结构的力学性能且会影响结构表面形状,因此开展薄膜褶皱研究对柔性结构的设计和力学性能评价等具有重要意义．本文综述了空间薄膜结构褶皱研究的发展和现状,重点介绍了薄膜褶皱的理论研究概况,并讨论了其中存在的问题．根据褶皱研究的最新进展对其未来的发展趋势进行了展望．

航天柔性展开结构技术及其应用研究进展

综述了航天柔性展开结构的技术特点及其在航天器中的研究应用情况,围绕航天柔性展开结构应用涉及的薄膜褶皱、充气张力结构的屈曲失稳、展开动力学、精度测试、刚化材料等关键理论和技术基础,评述了航天柔性结构技术应用中的关键问题及未来研究重点,最后给出了航天柔性展开结构技术的未来发展趋势。

玻璃-环氧圆柱壳吸能特性的试验研究

主要研究［±θ］５玻璃－环氧圆柱壳在轴向压缩载荷作用下的吸能特性。通过试验研究，分析了纤维缠绕角度对能量吸收性能的影响；比较了不同纤维缠绕角度的圆柱壳在不同加载条件下的压缩过程、压碎破坏模式及吸能能力。

橡胶类材料大变形本构关系及其有限元方法

讨论大变形拟不可压缩橡胶类材料的本构关系及有限元分析方法.采用乘法分解,将变形梯度表示成等容和体积变形两部分,在此基础上,推导了克希荷夫应力和格林应变表示的Yeoh 形式应变能橡胶类材料的本构关系及数值处理方法.为处理不可压缩问题,采用三场变分原理,其中静水压力,体积膨胀,以及位移均作为独立变量进行处理.并指出该变分原理同胡鹫津广义变分原理的联系.变形采用相容等参插值,压力及体积膨胀采用低阶插值,推导了详细的有限元列式.最后给出了两个数值算例,结果表明了该方法的有效与可靠.为这类材料的精确的有限元分析打下了良好的基础.

单向聚酯帘线增强橡胶材料疲劳特性研究

利用自行建立的试验系统，首次对单向聚酯帘线增强橡胶材料进行了疲劳测试，研究了应变、频率和温度对疲劳损伤累积的影响，并给出了疲劳寿命预报方程，为评价轮胎的疲劳特性、预报轮胎的疲劳寿命提供了有效的手段。

轮胎花纹沟噪声研究进展

通过回顾 30多年来汽车轮胎噪声研究的发展概况 ,对轮胎噪声机理、轮胎噪声参数研究方面进行了综述 ,明确了轮胎噪声的主要机理是花纹沟空气泵吸噪声和胎面振动噪声 ,归纳了不同情况下轮胎噪声的特征 ,阐述了诸因素对轮胎噪声的影响 ,并着重介绍了花纹噪声的建模及量化预测 。

粘弹性复合材料的有效三维阻尼矩阵预报与能耗计算

提出了一种计算纤维增强复合材料粘弹性阻尼和能耗的新方法。在层片的层次上 ,基于各向异性粘弹性理论导出以阻尼矩阵表示的材料能耗计算公式。在层板的层次上由能量等效原理得到有效阻尼矩阵。由此 ,可由层板的有效应力和有效应变计算出其能量耗散进而得到比阻尼。其中的关键点是有效阻尼矩阵的推导 ,最终得到的有效阻尼矩阵是各单层阻尼系数、体积分数、刚度系数以及层合板有效刚度系数的函数。用有效阻尼矩阵计算能耗可以适用于任意复合材料的应力应变状态 ,这对于粘弹性复合材料结构能耗的数值分析尤其重要。最后将该理论应用于几种情况下的复合材料的能耗和比阻尼分析 ,算例表明与其它的理论预测和试验相比吻合良好 。

空间充气展开支撑管的自振特性研究

为了掌握充气支撑管的自振特性,本文基于小变形假定分析了充气圆管的应力分布,并基于ANSYS软件对充气圆管的自振特性进行了深入的研究.分析表明,几何非线性对于结构的振动特性影响不大;充气压力对于固有频率的影响与材料属性相关;充气管的结构形式及初始缺陷对振动特性产生一定的影响,接缝的存在降低了结构的固有频率;同时在充气管的振动模态中,存在着整体的弯曲模态和局部的壳模态形式.小变形假定适合充气管的动态分析,其自振特性与材料属性、结构形式、充气压力及接缝等因素有关.

炭黑填充橡胶复合材料动态力学性能和生热预报

基于应变放大因子的概念，对炭黑填充橡胶的动态力学性能和在不同外载条件下的生热性能作了分析预报。对非均一橡胶复合部件或混炼不充分导致炭黑分散不均匀胶料的生热性能和动态模量进行了研究，用两种材料并联而成的复合材料模型说明了炭黑分散度对橡胶性能的影响。结果表明，随着炭黑分散度的提高，动态模量和滞后损失都下降，并且趋于炭黑完全分散时的值。还对复合部件在不同外载条件下的生热情况和动态性能作了比较。

玻璃-环氧圆柱壳的撞击吸能分析

玻璃－环氧圆柱壳（管）的撞击试验表明它的破坏是渐进过程。根据一维应力波传播理论，提出了圆柱壳受轴向撞击破坏的简化模型，分析了这一破坏过程中的能量变化。结果表明本文中所提出的模型能较好地描述圆柱壳受轴向撞击吸能过程。

充气太阳能帆板展开动力学数值模拟预报

充气太阳能帆板是一种通过气体驱动支撑管展开的新型太阳能帆板。首先简要介绍其研究进展,然后针对充气展开支撑管,提出了分段式充气体积控制模型,基于LS-DYNA模拟了空间环境下Z型折叠充气太阳能帆板在支撑管无约束与有轴向约束控制时的展开过程,分析了支撑管每折叠段的气压变化,上横板的动力学特性以及基板的平面外振动,预报了展开过程中支撑管与基板的接触碰撞,并通过悬吊式展开试验验证了计算结果。结果表明,本文计算能够预报充气太阳能帆板在空间展开的动力学特性。

轮胎结构中层间裂纹扩展过程的数值模拟

轮胎是一个十分复杂的橡胶基复合材料结构,在使用过程中常常发生层间脱层破坏。提出了一种新的复合材料结构中层间脱层裂纹扩展模型,并利用Irwin的虚拟裂纹闭合技术和有限元分析技术对轮胎结构带束层中的层间脱层裂纹扩展过程进行了数值模拟。结果表明,提出的模型能够比较真实地揭示复杂复合材料结构层间脱层裂纹扩展复杂性的特点。

充气太空管展开模拟

为深入了解充气太空管的展开动力学性能,进行了充气太空管的展开模拟研究.建立了管的多体理论模型,并应用Wang和Johnson的有限元分析结果,在多体模型中考虑了不断变化的管结构形状以及内部气压的影响.通过模拟得到了充气管在展开过程中的展开角度、展开速度以及加速度随时间的变化关系.结果表明,充气太空管展开时的速度先增大后减小;展开过程中存在展开加速度的波动,而且充气速率越大,波动越明显.通过与已发表的研究结果的对比,验证了模拟的有效性.

充气太空结构及其展开模拟研究

充气太空结构是以柔性薄膜材料制造的可充气展开的一种新型太空结构.与传统太空结构相比,应用充气结构技术的太空结构不仅更大,而且具有发射体积小、重量轻、造价低的特点.介绍了相关的研究进展和应用前景,总结了涉及充气太空结构的主要关键技术,并利用多体理论模型对充气太空管的展开过程进行了初步模拟,得到了展开过程中的展开速度和加速度随时间的变化关系.通过与已发表的试验结果进行对比,验证了模拟的有效性.

轮胎与转鼓之间接触界面特性研究

轮胎室内性能试验主要是在转鼓试验机上进行 ,转鼓试验机表面曲率对轮胎性能有很大影响 .采用改进的可变约束法 ,利用自行开发的轮胎专用三维非线性有限元分析软件 ,研究了转鼓试验机和轮胎之间的滚动滑移接触 ,分析了试验机半径对轮胎 -转鼓接触界面特性的影响 .结果表明 ,转鼓半径对轮胎接地正应力、切应力及接地面积等都有显著影响 .随转鼓半径增大 ,接地正应力分布趋于均匀 ,垂直载荷和接地印迹面积也增大 ,转鼓半径越大 ,其模拟平面路面效果越好 .转鼓半径在 1m以上时 ,半径对轮胎 -转鼓接触界面特性影响效应逐渐减小 .

橡胶复合材料在循环载荷下的疲劳损伤特性

利用自行建立的疲劳试验系统 ,以单向聚酯帘线增强橡胶复合材料为对象 ,研究了循环载荷作用下影响橡胶复合材料疲劳性能的因素。结果表明 ,应力幅值和加载频率对橡胶复合材料疲劳性能影响较大 ,而平均应力影响较小。聚酯

薄膜褶皱的非线性屈曲有限元分析

有限元模拟已经成为目前薄膜褶皱预测的重要工具。本文采用ANSYS SHELL63单元对薄膜受剪情况下的褶皱形变进行了非线性屈曲分析。通过本征屈曲分析得到的模态模拟了薄膜的初始缺陷。利用本文的非线性有限元模型分析得到了薄膜褶皱的波长和幅度,并与理论分析结果进行了比较,结果相近。

改进的虚裂纹闭合技术及其在复合材料脱层分析中的应用

提出一种改进的虚裂纹闭合技术 (VCCT)对轮胎带束 (一种复合材料结构 )不同脱层长度下的应变能释放率进行了计算。将强制裂纹闭合的位移作为一种可变约束施加在变形后的裂纹尖端 ,约束反力作为裂纹尖端力计算 ,应变能释放率由裂纹尖端力和约束位移的乘积得到。该方法的优点是简便易行 ,在物理理解上直观 ,实施起来方便。本文应用该技术对带束脱层进行了断裂力学分析 ,给出了数值结果 ,并对带束的脱层寿命进行了评价。

用于可充气展开结构的热固性复合材料耐折叠性能研究

对以芳纶纤维/环氧预浸布和碳纤维/环氧预浸布为内层、聚酰亚胺膜为外层的复合薄膜材料进行了耐折叠性能测试,考察了折叠半径、折叠时间、贮存期对材料拉伸性能的影响,分析了折叠引起材料性能下降的原因。结果表明:折叠半径、折叠时间对两种材料的模量和拉伸强度的影响规律各不相同,碳纤维/环氧耐折叠性能不如芳纶纤维/环氧复合材料,折叠损伤主要表现在纤维损伤和树脂堆积。

复合材料结构的能量吸收

针对缠绕成型的 [± 75 ]n玻璃纤维 /聚酯和 [0 /± 75 ]n玻璃纤维 /环氧树脂圆柱管的轴向与非轴向压缩失效行为及能量吸收特性进行了研究 (轴压的倾斜角度变化范围 0～ 2 5°) ,分析了复合材料圆柱管的宏观破坏模式和能量吸收机理 ,比较了轴向与非轴向载荷下能量吸收的特点 .研究表明 :复合材料圆柱管在偏轴角度下其压缩损伤过程可分为 3个阶段 ,即初始引发阶段、稳态渐进阶段以及压实或失稳阶段 ;