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。

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。

纤维缠绕复合材料壳体中金属嵌件的受力分析及优化设计

本文对一纤维缠绕复合材料壳体中金属嵌件进行了受力分析及形状设计。通过受力分析与设计使得复合材料与金属嵌件接触面应力分布合理化，保证了接触面的变形协调，得到了优化的金属嵌件形式。

纤维缠绕复合材料壳体非线性有限元分析

通过数值计算，求得了纵向平面缠绕壳体的几何形状和缠绕角等，然后，利用退化壳单元对壳体进行了非线性有限元分析。

基于蚁群算法的复合材料缠绕壳体铺层顺序优化

为了提高纤维复合材料缠绕壳体结构的屈曲稳定性,本文将蚁群算法(ACA)求解旅行商问题(TSP)的方法引入到缠绕层顺序优化的计算中。阐明铺层顺序优化的本质是调整沿板厚方向的刚度分布以提高版的抗弯刚度,同时改善荷载的传递路径,以降低由偏心而产生的附加弯矩,从而提高结构的抗屈曲能力;扩展了经典蚁群算法,提出一种分组编解码方法,既可描述缠绕工艺对铺层排列组合的约束,又可降低城市数目以提高优化效率;通过与经典算例的比较,验证了本文方法的有效性和优越性;并研发了复合材料缠绕壳体铺层顺序优化程序系统,实现了壳体结构的屈曲稳定性优化设计。

连续玻璃纤维缠绕复合材料截顶圆锥壳体的稳定性分析

本文采用Donnell型扁壳理论,利用能量变分法分析了在均布外压作用下连续玻璃纤维缠绕复合材料截顶圆锥壳体的稳定性问题,得到了临界载荷的近似解析表达式。数值结果表明,临界载荷的理论预示值与实验结果非常吻合。本文所得结果对现代工程结构设计具有重要参考价值。

纤维缠绕复合材料壳体热承载能力分析方法及应用

提出了一种固体发动机纤维缠绕复合材料壳体热承载能力分析的工程方法。针对某发动机燃烧室纤维缠绕壳体材料,利用NOL环试样测定了不同温度下的强度保持率,计算了其热承载能力,并结合缩比容器的高温强度试验对其进行了验证,理论分析结果与试验结果误差为7%;最后,利用所提方法预估了某发动机壳体结构的高温承载安全系数,该发动机通过了飞行试验考核,验证了该分析方法的有效性。

基于ACIS几何造型系统的纤维缠绕复合材料壳体设计

利用图形内核ACIS丰富的几何造型功能和HOOPS图形显示方面的优势,通过VC++.NET这样一个通用的开发平台进行纤维缠绕复合材料壳体设计研究,本研究解决了复合材料壳体模型化、参数化和设计程序化的技术难题,实现了复合材料壳体一体化设计。设计结果可以获得58个参数。主要包括:缠绕壳体纤维数据、几何数据、质量特性参数、力学特性参数以及壳体战术技术性能数据。设计结果为有限元分析提供直接可调用的图形参数,也可以为CAD软件提供初始模型。该设计系统为三维造型显示,可视化程度高,界面友好,交互性强,为用户对复合材料壳体初始设计提供了方便。

大型纤维缠绕复合材料壳体的结构─工艺设计问题

综合分析比较了同内外大型纤维缠绕复合材料壳体研制经验，对其发展趋势及结构─工艺设计等主要问题，以及对涉及纤维、树脂基体、复合裙、壳体内外绝热层等的材料、部件、检验和具体工艺问题作了分析和讨论，提出了建议和看法。

缠绕工艺关键参数对T800碳纤维复合材料壳体强度的影响

纤维缠绕工艺是影响固体火箭发动机复合材料壳体强度的重要因素,缠绕工艺参数对不同复合材料制备的壳体强度影响不同。基于网格理论,使用LS_DYNA进行不同缠绕工艺参数下的壳体强度仿真,开展水压爆破实验,从而研究不同缠绕工艺参数对国产T800碳纤维复合材料缠绕壳体及东丽T800碳纤维复合材料壳体强度的影响,并进行对比分析。结果表明,对于国产T800碳纤维缠绕壳体和东丽T800碳纤维缠绕壳体,[90,±29,90]类型的铺层顺序下壳体破坏区域所受的应力较[±29,90,90]类型的铺层顺序更小;8 mm纱带宽度可以减少纱带间的搭接,提高壳体成型强度。[90,±29,90]的铺层顺序和8 mm的纱带宽度对于国产T800碳纤维复合材料壳体强度发挥更为有利,同时验证了国产T800碳纤维缠绕壳体强度能够满足设计要求。所得纤维缠绕工艺关键参数及结论,可为国产T800碳纤维壳体的设计应用提供借鉴。

纤维缠绕复合材料壳体制造工艺

美国宾夕法尼亚州立大学工程科学和力学系教授Ｈ．Ｔ．Ｈａｈｎ和其助手Ｓ．Ｊ．Ｃｌａｕｓ对制造工艺参数与缺陷的数量、缺陷的部位和几何形状的关系、缺陷对纤维缠绕圆柱壳体压缩结构响应的影响进行了研究，并根据固化后的圆柱壳体的质量对热压罐真空袋固化技术、烘箱固化技术和采用收缩带的烘箱固化技术进行了评价。

碳纤维/环氧复合材料壳体补强新工艺及方法对比研究

为了降低复合材料壳体封头区域的应力集中,提高壳体整体性能,对复合材料壳体薄弱区进行补强以及采用何种方法进行补强是关键问题。本文以碳纤维Φ150 mm复合材料壳体为研究对象,以理论分析和有限元分析为依据,分别采用碳布补强和纤维缠绕补强对壳体前后封头及赤道附近位置进行补强。试验结果表明:纤维缠绕补强效果明显好于碳布补强,壳体特性系数由40.3 km提高到48.5 km,应力平衡系数提高到0.95,纤维发挥强度由3 378.1 MPa提高到4 058.4 MPa。

基于多尺度的固体火箭发动机复合材料壳体及其缠绕纤维强度精确预示

针对纤维缠绕成型过程中存在纤维交叉起伏结构,导致纵向缠绕层纤维发挥强度不理想问题。构建了考虑复合材料多尺度结构特征的宏-细-微观跨尺度模型,开展了基于纤维细观尺度的渐进损伤实效行为研究,实现了结构失效状态及强度折减系数在不同尺度间的传递,最终预示了纤维缠绕壳体损伤失效。制备了直径300 mm的纤维缠绕壳体并开展水压打爆测试,测试结果表明,该跨尺度方法预测爆压值与实验测试值误差为1.4%,且所得整体应力分布较传统层合建模方法和实验值更为吻合。该分析方法可以为纤维缠绕复合材料壳体精细化设计分析提供参考价值,提升了纤维缠绕复合材料壳体工艺-设计一体化技术应用水平。

复合材料壳体缠绕芯轴设计分析

讨论了空心芯轴的优越性,得到了芯轴内、外直径的确定方法,给出了芯轴强度和结构稳定性校核方法。当芯轴外直径一定时,空心轴与实心轴相比,芯轴挠度和芯模质量都减小了。算例表明,文中给出的计算方法可用于空心芯轴的设计。

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。

玻璃纤维增强氯氧镁水泥复合材料冷却塔壳体性能、工艺及效益分析

玻璃纤维增强氯氧镁水泥复合材料冷却塔壳体性能、工艺及效益分析刘雄亚（武汉工业大学４３００７０）随着我国经济建设的迅速发展，城市供水日趋紧张。推广冷却塔，实现工业和制冷用水的循环使用，对节省水资源，保护环境和减少能耗都具有重大的现实意义，正因为如此，我...

碳化硅纤维/铝复合材料截锥壳体工艺和性能研究

介绍了碳化硅纤维/铝复合材料截锥壳体工艺和性能研究。用预制丝铺排、缠绕、热压扩散结合及二次加工,获得了合格的、中等尺寸的碳化硅/铝截锥壳体构件.经无损检测证明构件结合质量良好,该构件还具有优良的耐腐蚀性能.这种工艺方法可推广应用于制造较大型、异型金属基复合材料宇航结构件.

纤维增强复合材料防弹头盔壳体的研究进展

面对战场上日益升级的防护需求,防弹头盔盔壳不断向轻量化高防护的方向发展。本文针对目前国内外纤维增强复合材料防弹头盔盔壳的相关研究,综述了其材料与防护机理的研究进展,分析并总结了其设计方案与成型工艺、评价标准与指标以及目前面临的难点问题等,并对纤维增强复合材料防弹头盔的发展趋势进行了展望。

内爆作用下金属壳体与纤维复合材料增强壳体动态响应特性

为了研究金属壳体(MS)和纤维复合材料增强壳体(FCRS)的动态响应特征,采用三维数字图像相关方法和经验模态分解-希尔伯特黄变换研究了两种壳体结构在内爆作用下的响应过程。通过对比不同时刻的动态响应可知:FCRS动态变形过程复杂,径向变形的同时不仅伴随着轴向变形,还伴随着复合材料层与层之间以及与内衬间的摩擦,大大削弱了爆炸载荷作用在结构上的能量,降低了其最大变形和塑性变形。对比两种壳体振动能量在时频域内的分布特征可知:FCRS可降低内爆作用下壳体能量过度集中对结构破坏的概率。以上结果表明FCRS的抗爆性能明显优于MS.