拓扑互锁易碎复合材料结构研究

设计出一种新型易碎复合材料结构。它由若干子构件按拓扑互锁原理组合成一种可承载的整体结构,结构中各子构件接触面无粘结,当约束被解除时整个结构即可散落,完成触发碎裂的工作机制。采用高精度模压成型制备出了直角三角板形的拓扑互锁复合材料结构,通过试验研究了该结构在不同横向力作用下的力学行为及其承载能力,并采用有限元法对其进行数值分析。试验结果表明:拓扑互锁易碎复合材料结构在垂直于结构平面的集中载荷作用下,力与位移呈非线性变化。有限元分析结果与试验结果吻合。

拓扑互锁易碎复合材料结构的设计与实验研究

提出一种新型易碎复合材料结构。它由许多子构件按拓扑互锁原理组合成一种可承载的整体结构,结构中各子构件接触面无黏结,当约束被解除时整个结构即可散落,完成触发碎裂的工作机制。采用试验方法研究该结构在横向力作用下的力学行为及其承载能力,并采用有限元法对其进行数值分析。试验结果表明,拓扑互锁易碎复合材料结构在垂直于结构平面的集中载荷作用下,力与位移呈非线性变化。有限元分析结果与实验结果吻合。

正交各向异性易碎复合材料层合板的设计与试验研究

提出一种新型正交各向异性易碎复合材料结构,利用单向连续纤维板具有纵向拉伸强度高而横向易于被撕裂的特点,在制备好的单向板上垂直于纤维方向预制刻槽,然后将单向板正交复合而制备成正交各向异性易碎复合材料层合板,并对这种层合板作了承压试验与冲击试验。结果表明,所设计并制备的正交各向异性易碎复合材料层合板试样可承受一定的均布载荷,而在反向受到冲击力时,试样迅速沿着预制刻槽开裂,满足触发碎裂的设计要求。

一种仿生易碎复合材料导流罩的设计与试验研究

考察并借鉴鸡蛋可承受较大的均布压力的生物力学性能,根据短纤维增强易碎复合材料强度理论,从仿生学角度出发,设计并制备了一种短纤维增强191不饱和聚酯树脂易碎复合材料导流罩结构。通过对该结构试样的抗压性能和冲击性能模拟试验,证明了所设计的仿生易碎复合材料导流罩能满足易碎复合材料工作机制的要求。

一种易碎复合材料仿生结构的设计与试验

从仿生学植物种子苞荚弹射传播机制角度出发,设计了一种仿生易碎复合材料结构,可在冲击力的作用下实现即刻碎裂工作机制要求。通过有限元仿真计算,确定了满足工作要求的强度极限,然后研制了实物并进行了试验验证。设计分析的结果与试验结果吻合。

复合材料易碎盖薄弱区结构的参数化设计

针对复合材料易碎盖薄弱区结构进行力学性能分析,提出了薄弱区结构参数化设计方法。对发射箱盖整体进行数值模拟,确定了薄弱区局部模型分析的边界条件和载荷。计算薄弱区结构模型在11种拉弯耦合载荷作用下的承载能力,绘制强度包络线,分析了薄弱区内外侧搭接布条的长度与厚度对其性能的影响。根据最大主应力强度准则,计算得到薄弱区结构在不同拉弯比例下的强度随结构参数变化的曲线,进而对薄弱区结构进行参数化设计。根据参数化设计方法,设计了2种易碎盖进行冲破实验。结果表明,搭接长度主要影响薄弱区结构的剪切强度,而搭接厚度主要影响薄弱区结构的拉伸强度;设计结果与实验结果差距在10%左右,验证了设计方法的可行性。

复合材料易碎盖薄弱区结构设计分析

针对复合材料易碎盖关键部位薄弱区结构进行设计,并采用数值模拟方法对其力学性能进行了研究。首先对易碎盖整体进行数值模拟,为薄弱区结构局部模型分析提供了边界条件与载荷。其次通过局部数值模拟结果结合相应的强度准则,预测了相应的易碎盖冲破压力,并通过对易碎盖实验件进行冲破实验验证了设计方案与理论方法的准确性。最后讨论了薄弱区参数对易碎盖冲破压力的影响。