某大型固体发动机T800碳纤维壳体封头结构仿真分析和优化设计

针对15 MPa内压载荷下某碳纤维复合材料壳体结构优化设计问题,采用代理模型辅助优化算法得到最大沿纤维方向的应变最小的后封头补强模型。基于Python对ABAQUS进行二次开发构建精细化的碳纤维壳体后封头模型并进行仿真分析,预测其破坏位置并得到优化目标参数。以碳纤维缠绕层带宽、纵向缠绕层退移距离和补强位置为优化变量,最大沿纤维方向应变为优化目标,利用LHS(拉丁超立方采样)方法建立关于优化变量的参数化组合样本,结合神经网络代理模型和遗传算法对国产T800碳纤维缠绕壳体后封头最大沿纤维方向应变进行寻优求解。结果表明,在纵向缠绕层退移半径为19.98 mm、带宽为25.96 mm、补强层起始半径为579.38 mm时,最大沿纤维方向应变可以达到最小的0.0158,相比未优化设计结构下降了4.2%,为今后的大型国产碳纤维缠绕壳体封头设计提供了设计方法参考。

轴压对固体发动机碳纤维壳体模态影响分析

以某发动机碳纤维缠绕壳体为例,采用有限元建模,利用兰佐斯法进行模态计算,同时结合壳体的结构特点,利用理论计算的方法进行计算结果的初步校核,在理论计算的基础上,通过试验验证有限元计算结果的正确性。文中的研究思路对固体火箭发动机纤维缠绕壳体的设计具有一定的指导作用。

碳纤维壳体壁厚对陶瓷球初速及性能的影响

为控制低附带毁伤战斗部中杀伤元的杀伤范围及杀伤威力,研究战斗部壳体厚度对初速及性能的影响。将炸药与陶瓷球混合构成新型复合装药结构,采用LS-DYNA软件对不同壁厚的战斗部进行数值模拟,从中筛选出壁厚为2、4、6 mm的壳体,进行静爆试验。对比分析得出,仿真与试验结果规律吻合较好,陶瓷球的初速与壳体厚度线性相关。相同装药结构中,随着壳体厚度的变化,爆轰瞬间,陶瓷球的初速、强度、毁伤效能等均有相应变化。可适当调节壳体壁厚来控制陶瓷球的初速。

固体火箭发动机纤维壳体缠绕张力校准系统设计

通过对某厂固体火箭发动机纤维壳体缠绕成型生产过程的实地调研和分析,结合生产现状介绍了固体火箭发动机壳体成型工艺中的工艺指标、参数的制定及控制方法,提出了固体火箭发动机纤维壳体缠绕过程中的张力校准解决方案。主要通过检测到的张力数据计算张力静差率和张力波动率,以便更好地了解缠绕机的实际工作情况,进一步对缠绕工艺进行分析。

纤维缠绕复合材料壳体原位成型工艺研究

热固型缠绕复合材料壳体以其优异的性能在航空、军事和工业等领域得到了广泛应用.目前,制约其应用和发展的主要瓶颈是壳体的成本和性能,而壳体成型工艺直接决定了其最终性能和成本.由于缠绕壳体为中空结构,因此可以采用加热壳体内部金属芯模或内衬的方法实现缠绕后的或正在缠绕的复合材料的固化成型,即原位成型.本文介绍复合材料壳体原位成型新工艺,建立筒型壳体内加热固化过程的数学模型,利用有限元法对筒体固化过程中的温度和固化度进行了数值模拟分析.该研究为实现壳体高效、优质且低成本成型提供新思路,为原位成型工艺设计、模拟和参数优化提供分析模型和方法.

纤维缠绕复合材料壳体的应力与变形分析

考虑到纤维缠绕壳体及其连接处的特点,采用非线性有限元法对壳体压力容器的应力及变形进行分析。在计算过程中,采用了一种适用于大型复合材料结构的复合材料单元,实现在不降低精度的情况下,尽量减少单元划分数量,并将计算结果与传统的网格理论、复合理论进行比较,得到了比较满意的结果,为纤维缠绕壳体的局部应力分析和结构设计提供了一种切实可行的计算方法。

纤维缠绕壳体材料非线性及大变形分析计算

论述了Ｊｏｎｅｓ－Ｎｅｌｓｏｎ－Ｍｏｒｇａｎ模型的构成原理及其参数的确定方法，利用这个模型研究了纤维缠绕复合材料的非线性本构关系。推导和建立了纤维缠绕壳体大变形有限元公式和有限元模型。在同时考虑材料非线性和大变形情况下对纤维缠绕壳体内压进行了有限元分析计算，获得了与实验结果符合较好的理论预报结果。

纤维缠绕壳体变形分析及失效评估

本文分析计算了基体开裂及大变形对纤维缠绕壳体变形的影响，得到了比较满意的理论分析结果。在变形分析的同时，对纤维缠绕壳体进行了失效评估分析，获得了切实可行的失效评估计算分析方法，为制定合理的水压检验规范提供了理论依据。

固体火箭发动机纤维缠绕壳体承载能力研究

为解决某型固体火箭发动机复合材料壳体承载轴压与弯矩能力不足问题,依据原壳体实体及其在轴压与弯矩联合载荷作用下的静力试验,建立了该壳体的有限元数学模型,并进行了静力计算和稳定性分析。计算分析表明,原壳体破坏的原因是层间剪切强度失效,复合材料基体开裂,局部屈曲和后屈曲破坏发生在铝裙尖端部位。提出用S-2玻璃纤维代替F12纤维做为裙外铺层改进原壳体结构,有效地约束了屈曲波形,提高了结构承载能力,解决了工程难题。

声发射技术在纤维缠绕壳体水压实验中的应用

利用声发射（ＡＥ）技术跟踪监测了纤维缠绕壳体（ＦＷＣ）水压实验（ＷＰＥ）过程．分析了纤维缠绕壳体随着水压的增加从基体开裂、层间分层及纤维断裂到最终破坏的过程与声发射信号的关系；研究了在纤维缠绕壳体水压过程中出现的两次声发射峰所对应的压强与壳体爆破压强的关系．弄清了纤维缠绕壳体从细观损伤到宏观破坏的机理，为纤维缠绕壳体的设计及其理论分析提供了实验依据．

一种新型纤维缠绕壳体水压试验装置

介绍了一种新型纤维缠绕水压试验装置,其特点是根据固体发动机推力情况设计活塞直径,将原有试验封闭的后堵盖改为活塞式卸载装置,从而降低壳体后接头的受力。试验中后接头轴向位移和转角分别下降15.6%和42.1%。该装置结构简单,活塞与缸体之间行程顺畅,动密封结构密封良好。

固体发动机纤维缠绕壳体的成型工艺设计及试验

采用网格理论对缠绕壳体进行了工艺参数的设计计算 ,计算出缠绕工艺参数 ,结合微机控制缠绕软件编制程序 ,提出了强度设计、线型控制、变形校核三位一体的设计思想 ,确定了缠绕工艺设计的内容、计算方法及所需和所应产生的参数结构 ,对包络线轨迹进行平滑处理 ,控制缠绕线型 ,用实验进行壳体筒身段的强度设计和变形 (强度 )校核 ,结果表明理论分析与实验结果能够较好地相互吻合 ,壳体的爆破压强误差较小 ,其值小于 5 %。

玻璃纤维模拟壳体内压承载寿命定量评估方法研究

在定湿度条件下对模拟壳体进行湿热加速老化试验及水压爆破试验,对各老化温度下的爆破压强-老化时间进行回归分析,得到各温度的老化方程及性能变化系数;对性能变化系数与老化温度进行回归分析,外推得到常温下的壳体性能变化系数,进而得到常温下的内压承载老化方程。通过相关指数判定,各回归曲线的关系显著。通过模拟壳体湿热加速老化试验后及自然存放模拟壳体的爆破压强数据对老化方程进行修正。研究表明,玻璃纤维模拟壳体爆破压强与时间成对数关系,全尺寸玻璃纤维壳体初始爆破压强为9.97MPa,预估存放20年后爆破压强下降9.5%。

F-12/S-2混杂纤维复合材料壳体承载能力

为解决某型固体火箭发动机壳体承外载荷能力与质量系数难以协调的问题,通过试验测试了F-12纤维与S-2纤维层间混杂复合材料的抗压缩性能,利用混杂纤维优势提出了壳体改进方案,并进行了有限元分析。试验结果和有限元计算表明,壳体裙外铺层采用F-12/S-2混杂纤维,使壳体承外载荷能力大幅提高,混杂纤维优势得到充分发挥,解决了工程难题。

纤维缠绕壳体表层的屈曲

分层损伤对纤维增强复合材料结构的力学行为起着重要作用,本文讨论了纤维缠绕复合材料圆柱形壳体表面损伤问题,采用能量法分析了壳体在工作过程中同时承受内压载荷和轴向拉、压载荷时,分层损伤所发生的屈曲情况及其影响因素.

轨道车辆碳纤维空调壳体及其气密性

介绍了轨道车辆碳纤维空调壳体的结构及其气密性测试方法与测试结果,并针对试验中出现的问题提出了改进建议。

固体火箭发动机纤维缠绕壳体承载能力数值仿真

为了分析某固体火箭发动机复合材料壳体承载能力,建立了该壳体的有限元数学模型,并进行了数值仿真。计算分析表明,壳体铝裙尖端部位出现应力最大值和应力集中区,裙部变形不协调,结构设计不合理。有限元分析与实际试验结果具有很好的一致性,为该壳体结构的设计改进提供了理论依据。

基于声发射技术的T800碳纤维复合材料拉伸失效机制分析

为揭示固体火箭发动机碳纤维缠绕复合材料壳体多载荷工况下的失效机理,开展了单向T800碳纤维复合材料试件不同偏轴角度下的拉伸实验。利用声发射(AE)无损测试技术获得了试件完整波形信号,结合Pearson相关系数选取了AE信号的特征参数,通过K-means聚类算法对AE信号进行了聚类分析,同时结合扫描电镜(SEM)拍摄的微观断口形貌将不同的损伤机制与声发射聚类组对应。进一步利用代表性体积单元并结合渐进损伤方法,实现了单向复合材料损伤过程的数值模拟。分析结果表明,AE信号的峰值频率与幅值两类参数的相关系数低于0.2。采用二者对AE信号进行聚类分析,同时结合数值仿真获得的应力-应变曲线,发现纤维断裂峰值频率最高,基体开裂峰值频率居中,界面脱粘峰值频率最低,试件宏观破坏时的AE信号幅值最高。

固体火箭发动机混杂纤维缠绕壳体设计分析

基于网格理论 ,推得了固体火箭发动机混杂纤维缠绕壳体在内压作用下的平衡方程。以纤维层强度和模量给出了混杂纤维层厚度比的确定方法及混杂纤维缠绕圆筒壁厚的确定方法。

T700纤维缠绕发动机壳体力学性能分析及优化设计

利用网格理论计算纤维缠绕固体火箭发动机壳体的基本尺寸,建立有限元模型,施加边界条件,在壳体承受内压的情况下,分析应力应变结果云图,研究容易发生失效的部位;采用有限元优化设计软件中尺寸优化的方法,在满足使用设计和使用需求的前提下,对纤维缠绕壳体进行质量优化,分析优化后的结果,研究单层厚度的变化,并对优化后的结果进行强度校核。结果表明:优化后的纤维缠绕壳体质量减轻12.09%,强度校核的结果满足设计使用需求,优化方法设计安全合理,为纤维缠绕发动机壳体的优化设计提供理论基础。