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。

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。

纤维缠绕壳体水压试验的声发射技术

本文阐述了声发射技术的特点、主要参数及其对损伤缺陷的鉴别。利用声发射技术监测了纤维缠绕壳体水压试验过程。分析了随着水压增加从基体开裂、层间分层及纤维断裂到最终破坏与声发射信号的关系；研究了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。

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。

纤维缠绕圆筒压力容器结构分析

对具有内衬的纤维缠绕圆筒压力容器进行了结构分析。将内衬作为各向同性材料、纤维缠绕圆筒作为正交异性材料处理。在内压作用下,得到了内衬和纤维缠绕圆筒的弹性应力和应变。讨论了内衬和纤维缠绕圆筒材料选取和结构设计准则,即应选取弹性模量很低、强度较高和塑性良好的材料作内衬;选取模量和强度都较高的纤维缠绕圆筒;内衬壁厚应尽可能薄,且与纤维缠绕圆筒粘接牢固。算例表明,弹性应力分析结果与测试值符合良好。

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结构分析与优化设计

研究缠绕复合材料发动机壳体在内压载荷作用下，承受强度约束的优化设计方法。对强度约束采用Ｔｓａｉ－Ｗｎ失效准则，使各铺层的强度比Ｒ都临界满足强度准则。从而导出最有利厚度的选代公式。通过算例表明，本文所提供的方法具有较高的效率，结构重量稳定下降。一般经过１～６次迭代计算即可达到优化设计。

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．

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。

纤维缠绕壳体的应力平衡系数和圆筒缠绕角

讨论了纤维缠绕壳体应力平衡系数的定义。在封头与圆筒等强的条件下,给出了应力平衡系数的确定方法。得到了应力平衡系数ks与圆筒缠绕角α的关系式。结果表明,应力平衡系数随圆筒缠绕角的减小而减小。只要ks<1,则应力平衡系数的引入,将增加圆筒的质量。为此,适当增大圆筒缠绕角,既能使封头得以加强,又能减小圆筒质量的增加。

纤维缠绕壳体设计的网格分析方法

讨论了用于纤维缠绕薄壁结构设计的网格理论的意义。基于网格理论,得到了固体火箭发动机纤维缠绕壳体圆筒壁厚和爆破压强的计算方法,给出了用模拟实验压力容器确定纤维发挥强度的方法。算例表明,计算值与实测结果符合良好。

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。

纤维缠绕圆锥壳体设计分析

以纤维缠绕结构的网格理论为基础,建立了纤维缠绕圆锥壳体在内压作用下的平衡方程。求解该方程,得到了纤维应力、纤维厚度和均衡缠绕角的解析解。对螺旋加环向缠绕,从圆锥大端到小端,纤维厚度和均衡缠绕角逐渐增大,纤维应力逐渐减小。利用最大应力强度准则,得到了单一螺旋缠绕及螺旋加环向缠绕圆锥壳体爆破压强的计算公式。为了使计算的爆破压强与实际结果相符合,纤维发挥强度的选取必须由模拟实验确定。

固体火箭发动机复合材料壳体裙黏接性能分析

采用数值计算方法研究复合材料壳体裙连接结构的黏接性能。通过建立纤维缠绕壳体的有限元模型,采用内聚力模型定义裙黏接面的接触关系,引入黏接界面的损伤失效准则,模拟黏接界面的脱黏行为,以此预测裙连接结构的极限承载。同时,研究壳体的轴向和环向应变及黏接面上的剪应力分布情况,以及弹性层的弹性模量与黏接长度对黏接性能的影响。数值算例表明,计算结果与实验数据相吻合,验证了该方法的正确性。所提方法可用于裙连接结构的优化设计中。

固体发动机纤维缠绕壳体设计准则判别式

给出了固体火箭发动机纤维缠绕复合材料壳体设计准则判别式．依据这一准则，当用于制造壳体的纤维材料特征值〔σb〕／Ef≥ε#时，则该材料按刚度准则设计固体火箭发动机壳壁厚度，否则，按强度准则设计壳体厚度．以有机纤维和碳纤维为增强材料，给出两例分别按强度和刚度准则设计的实例。通过另两例强度相近但刚度不同的设计实例的比较，文中提出在设计固体火箭发动机壳体时，应合理选用纤维〔σb〕／Ef的最佳值，并建议发展纤维材料时，应注重强度与刚度的协调。

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。

碳纤维缠绕发动机壳体数字射线DR成像检测图像质量控制

对检测图像的空间分辨率、信噪比和对比度的影响因素进行了研究。采用不同的工艺参数对碳纤维缠绕发动机壳体进行了数字射线DR成像检测试验。试验结果表明,当其他检测参数不变时,焦点尺寸和放大倍数对图像的空间分辨率影响较大;管电压、管电流和单帧积分时间对图像的信噪比有影响;管电压和管电流对图像的对比度均具有一定影响。

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.

基于网格理论的纤维缠绕壳体结构可靠性数字仿真

研究了基于网格理论的纤维缠绕壳体结构可靠性数字仿真方法及程序。以乘同余法产生伪随机数用于仿真计算，并对所产生的伪随机数进行了检验，对某发动机纤维缠绕壳体进行了结构可靠性数字仿真计算，得出了其结构可靠性。