飞艇用层压织物类膜材中心撕裂破坏机理模型

中心撕裂破坏是飞艇用层压织物类膜材失效破坏的基本形式之一.基于层压织物类膜材的平纹织物结构特征,建立了具有平面纱线结构的中心切缝撕裂机理模型,该模型应用了“等效纱线”及“应力集中渐变区”两个概念,分别实现模型参数的简化和应力集中区域应力场分布的细化.运用所提机理模型实现了对不同切缝长度时（10~40mm）经纬向层压织物类膜材撕裂破坏行为特征的预测,分析了蒙皮材料撕裂扩展机理,并结合试验结果证实了模型预测的精确性和可行性.由模型分析获得了蒙皮材料在渐变区推移过程中的撕裂承载力及变形特征,发现纱线的失效应变、弹性模量以及编织密度等是影响蒙皮材料撕裂抗力的主要因素.所得结论及研究方法可为层压织物类膜材的强度设计、裂纹止裂分析及结构的安全性评估提供理论参考.

氟化乙丙烯薄膜单轴拉伸力学性能试验

对150μm厚氟化乙丙烯(FEP)薄膜沿MD和TD方向裁取的试样进行4种拉伸速度的单轴拉伸试验,得到相应的屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率,并给出以应变速率为变量的线性拟合公式;进行3种拉伸应力的循环拉伸试验,得到每循环割线模量及残余应变;进行3种应力水平下的徐变试验,分析徐变发展趋势.结果表明:FEP薄膜的屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率都随着应变速率的增大而增大;随着循环次数的增加,循环割线模量及残余应变趋于稳定;拉伸应力9MPa时材料产生明显徐变.试验结果对FEP薄膜工程设计应用具有参考价值.

柔性充气操控臂转动行为数值模拟与试验

为减小充气臂转动驱动力矩,设计了类似宇航服关节的带有褶皱构造的充气膜关节及绳驱动转动装置.进行了充气臂柔性PVC织物膜材的双轴拉伸和剪切试验,基于正交异性假设计算得到了适宜充气臂双向张力和褶皱状态下膜材的弹性常数.建立了充气臂结构的有限元模型并进行了转动数值模拟和参数分析,将模拟结果与无褶皱构造的圆柱形关节理论分析结果进行了对比,表明褶皱构造关节的弯曲驱动力矩降低很多,实现了低驱动力矩的设计目标.设计和制作了充气臂样机并开展了试验研究,验证了充气臂转动数值模拟的准确性.

浮空器蒙皮膜复合材料单轴拉伸力学性能及弹性常数

对新型飞艇蒙皮材料在0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°七个偏轴方向单轴拉伸循环试验结果进行了分析,给出了残余应变和弹性模量随循环次数的变化规律;得出了由单层板理论推导出的关于弹性模量的本构关系对各功能膜层压合成的平纹织物膜复合材料适用性较差。使用VIC-2D数字散斑测量系统测出膜材在拉伸过程中的位移场和应变场,通过位移场求膜材的泊松比和通过应变场验证分析膜材拉伸破坏机制,并可以预测断口形态和位置。采用两种不同规格的试样测试膜材的单轴拉伸强度,通过对比发现采用试样3更能反应材料Uretek5876实际强度。本文工作对该材料应用于飞艇结构设计和分析具有参考价值。