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。

某大极孔比复合材料壳体结构设计及承压力学特性研究

通过开展某大极孔比固体火箭发动机复合材料壳体结构设计及水压试验研究,探究了其在内压载荷作用下的力学行为。采用CADWind进行缠绕线型规划及铺层设计,实现壳体的高保真有限元建模,根据复合材料渐进损伤原理(特性)分析了壳体承压性能,揭示了壳体大极孔端的失效机理,并通过水压爆破试验验证计算模型的准确性。结果表明,通过CADWind进行线型、铺层设计能有效支撑大极孔比壳体缠绕成型,壳体的铺层厚度、角度输出数据与实物更加吻合,可进一步提高有限元建模精度;其次,基于Hashin失效判据的渐进损伤失效分析方法实现了壳体的破坏位置、失效模式以及爆破压强的准确预测;最终,壳体计算爆破压强20.3 MPa,试验爆压19.5 MPa,计算误差4.6%,筒段应变计算结果与实测值基本吻合。

基于网络理论的固体火箭发动机纤维缠绕壳体优化设计

基于网络理论按爆破压强设计的纤维缠绕壳体基本方程,在结构、工艺等约束条件下,选取不同纤维材料,以壳体质量为目标,利用线性多步法和复合形法,优化设计纵向层平面缠绕、圆筒部分在环向缠绕的固体发动机纤维壳体的材料密度、纤维拉伸强度、缠绕角和极孔半径,并给出算例。计算表明,比强度是影响纤维壳体质量的最重要因素。

复合材料发动机壳体在航天运载中的应用

本文扼要地分别介绍了作者参与研制的运载火箭固体上面级和固体小运载的三种型号复合材料发动机壳体的研制过程和应用情况,简述了复合材料发动机壳体在我国的研究发展历程,评述了复合材料发动机壳体的研究现状和发展前景。

火箭发动机复合材料壳体爆破压力的计算

根据火箭发动机复合材料壳体的缠绕特点，假定壳体是由宏观上一组正交异性单元一层接一层缠绕制成，由此建立了壳体内三维应力场的分布公式。根据Tsai-Wu强度准则，采用单层模量退化的方法，计算获得了火箭发动机复合材料壳体的爆破压力。计算结果与实验结果较一致。

正交各向异性复合材料圆柱壳轴对称大变形解析

按照考虑横向剪切变形的大挠度理论，研究了在轴对称法向载荷和均匀轴向载荷作用下，正交各向异性复合材料圆柱壳的轴对称大变形问题。得到了边界条件为固支和简支时，有限长圆柱壳的解析解。文中还给出了碳纤维／环氧复合材料圆柱壳的算例，说明了边界条件的影响。

固体火箭发动机壳体复合材料研究进展

从增强纤维以及基体树脂两方面介绍了固体火箭发动机壳体复合材料的研究进展情况。增强纤维主要包括玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维;基体树脂主要包括环氧树脂、氰酸酯树脂、双马树脂和聚三唑树脂的研究情况。

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。

纤维缠绕壳体封头厚度的计算方法

纤维缠绕固体发动机壳体的厚度是不均匀的,壳体的封头形状、纱带宽度及两端开口均影响它的厚度.本文利用纤维叠带几何关系推导了一种计算纤维缠绕壳体封头厚度的公式.使用这一公式计算的壳体封头厚度,经与实测值比较表明,计算精度较高,可供纤维缠绕发动机壳体设计、工艺人员使用.

声发射技术五十年(1961-2011)

文章对过去50年笔者所涉及的一些声发射项目做了回顾。笔者的声发射生涯是从检验玻璃环氧树脂圆柱形压力容器的剩余强度开始的,然后很快地延伸到了其它的很多材料、制品和结构中去。笔者在文中会介绍尽量多的信息,诸如:非金属和金属压力容器、影响声发射的因素、变型模式的识别、降噪技术、地上储罐泄漏探测、结合AE与UT、木材颗粒板的声-超声检验、飞行中飞机结构的监测以及葡萄科植物的缺水探测等。