3D機織復(fù)合材料衛(wèi)星桁架接頭的抗彎剛度

針對復(fù)合材料t型接頭優(yōu)化設(shè)計問題,利用粘聚區(qū)模型(czm)建立了可預(yù)測復(fù)合材料接頭拉伸破壞過程的分析方法。將填充物缺陷加入該模型,填充區(qū)裂紋的起始是隨機的,重點分析填充物缺陷的位置、尺寸大小以及填充物剛度對接頭承載能力的影響。計算結(jié)果表明:模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好;無論缺陷位置如何,缺陷尺寸越大,結(jié)構(gòu)承載能力越弱;結(jié)構(gòu)承載能力對上角缺陷最為敏感;填充物剛度在3～50mpa時,填充物剛度較大的接頭損傷容限特性更好;不同的缺陷位置,破壞模式差異較大,但起裂點或最終失效處都在缺陷附近的基體中。

在考慮接頭細部構(gòu)造特征的基礎(chǔ)上,通過合理的假定和簡化,建立了無彈性襯墊的管片接頭抗彎剛度計算模型,并對接頭抗彎剛度計算公式進行了推導(dǎo)。該模型考慮了接觸面幾何尺寸、螺栓數(shù)量、螺栓位置、螺栓預(yù)緊力以及接頭彎矩、軸力等因素對接頭抗彎剛度的影響。文中得出公式與接觸力學(xué)模型計算結(jié)果相比,當(dāng)受壓區(qū)混凝土在彈性范圍內(nèi)時二者吻合良好,當(dāng)超過彈性范圍后偏差較大。因為正常使用階段混凝土一般處于彈性狀態(tài),且本模型計算過程簡便快捷,故可作為盾構(gòu)隧道設(shè)計的參考。

研究目的:推導(dǎo)盾構(gòu)隧道管片接頭抗彎剛度計算公式,研究不同影響因素作用下接頭抗彎剛度的變化規(guī)律。研究結(jié)論:管片接頭的接觸面有效高度和接觸面偏心距對管片接頭抗彎剛度的影響顯著,因此管片結(jié)構(gòu)設(shè)計中,通過改變管片接頭構(gòu)造尺寸來調(diào)整管片接頭剛度是一種有效的手段。

在簡介新型3d夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料同時,以實際應(yīng)用的污水池蓋罩為例,通過對強度、剛度及穩(wěn)定性等進行設(shè)計計算,以說明其作為板殼結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。

將基于單層板理論的逐漸累積損傷強度預(yù)測方法推廣用于含孔二維機織復(fù)合材料層合板的強度預(yù)測,建立了含孔二維機織復(fù)合材料層合板的逐漸累積損傷強度預(yù)測方法。并在ansys軟件平臺上開發(fā)了相應(yīng)的參數(shù)化二維機織復(fù)合材料含孔層合板逐漸累積損傷強度預(yù)測程序,對兩種孔徑兩種鋪層的含孔二維機織復(fù)合材料層合板的強度進行預(yù)測,并對其損傷擴展規(guī)律進行了分析。經(jīng)與試驗結(jié)果對比表明本文所建立的強度預(yù)測方法效果良好。

盾構(gòu)隧道管片接頭抗彎剛度的三維數(shù)值計算——管片接頭是裝配式盾構(gòu)隧道的關(guān)鍵部分，其抗彎剛度對管片環(huán)的內(nèi)力及整體性能均有重要的影響，使得接頭抗彎剛度的取值顯得尤為重要。本文以廣州地鐵盾構(gòu)隧道使用的管片為研究對象，采用三維有限元法，利用通用有限元軟...

管片接頭是裝配式盾構(gòu)隧道的關(guān)鍵部分,其抗彎剛度對管片環(huán)的內(nèi)力及整體性能均有重要的影響,使得接頭抗彎剛度的取值顯得尤為重要。本文以廣州地鐵盾構(gòu)隧道使用的管片為研究對象,采用三維有限元法,利用通用有限元軟件adina,在建立精細有限元模型的基礎(chǔ)上,計算得到正負兩方向及不同偏心距荷載下接頭變形的特點和接頭的抗彎剛度。從而可知,正彎曲剛度具有一定的非線性性質(zhì),線性回歸得到的剛度量值為1236.7kn.m/rad;負彎曲剛度曲線為線性,線性回歸得到的剛度量值為2295.1kn.m/rad。接頭剛度受接頭內(nèi)力組合的偏心距影響,偏心距越大,接頭剛度越大。在接頭的模擬計算中,有必要建立和實際相同的數(shù)值模型,從而避免各種誤差。

為了研究z-pin對單搭接頭彎曲性能的影響,制備了不同參數(shù)z-pin增強單搭接頭試樣,研究了z-pin單搭接頭在三點彎曲載荷下連接性能。結(jié)果表明:z-pin(直徑0.5mm)體積分數(shù)從0%~1.5%時,彎曲載荷隨z-pin體積分數(shù)的增加而增加,體積分數(shù)在1.5%~3.0%范圍內(nèi)時,試樣的彎曲載荷隨z-pin體積分數(shù)的增加而下降,z-pin體積分數(shù)為1.5%時達到最大值1303.2n;z-pin直徑為0.3~0.7mm時(體積分數(shù)1.5%),峰值載荷隨著直徑的增加而增加,0.7mm增強接頭的彎曲載荷比0.3mm增強接頭高出27.9%。z-pin植入角度對單搭接頭彎曲性能影響不大。另外,隨著搭接長度的增加,單搭接頭的彎曲性能提高。

復(fù)合材料 (3)

綜述了纖維增強復(fù)合材料機械連接接頭疲勞研究進程、影響因素及破壞方式,同時對目前公開發(fā)表的幾種預(yù)測復(fù)合材料接頭疲勞壽命方法進行了介紹與分析。最后,對今后研究動向進行了展望。

復(fù)合材料主承力接頭的設(shè)計制造技術(shù)對拓寬復(fù)合材料在飛機結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用范圍,進一步減輕結(jié)構(gòu)重量、提高疲勞性能和降低制造成本具有重要工程使用價值和發(fā)展應(yīng)用前景。開展了平面環(huán)繞型層壓板式復(fù)合材料承力接頭的設(shè)計、分析與試驗研究工作。提出了工程設(shè)計方案,通過理論推導(dǎo),建立了環(huán)形接頭危險部位的強度解析表達式并預(yù)測了具體接頭設(shè)計的承載能力,同時完成了平面環(huán)繞型層壓板復(fù)合材料接頭的靜力試驗,試驗結(jié)果與理論預(yù)測吻合良好。

將計算機模擬技術(shù)用于復(fù)合材料整體化結(jié)構(gòu)的接頭設(shè)計,如將預(yù)期功效定位于結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對結(jié)構(gòu)行為的影響作用,可以起到很好的實際輔助作用。需要特別強調(diào)的是,具體的應(yīng)用背景會對結(jié)構(gòu)參數(shù)的形式和變化范圍提出具體的要求或限制范圍。因此,相關(guān)的模型和算法只有在與結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的反復(fù)互動過程中才能得到反復(fù)的完善,從而獲得真正符合設(shè)計人員需求的使用效益。

文章闡述了衛(wèi)星10n推力器復(fù)合材料支架的技術(shù)要求、工藝方案、研制和振動試驗。10n推力器支架是封閉的盒形結(jié)構(gòu)，受力狀態(tài)復(fù)雜，尺寸公差要求高。采用縫合一樹脂轉(zhuǎn)移成型（rtm）組合工藝，保證了精度；選用水溶性芯模，解決了脫模難題。與原鑄鎂支架相比，復(fù)合材料支架的重量減輕了35％、制造工時縮短了80％、成本節(jié)約了20％。產(chǎn)品通過了鑒定級正弦和隨機振動試驗；振動試驗后經(jīng)超聲波無損檢測證實，支架無損傷，滿足衛(wèi)星發(fā)射階段的力學(xué)環(huán)境要求。

隨著復(fù)合材料在航天技術(shù)和汽車工程的廣泛應(yīng)用,復(fù)合材料膠接工藝在實際工程應(yīng)用中獲得了舉足輕重的地位,膠接工藝技術(shù)得到更加快速的發(fā)展。本文對碳纖維復(fù)合材料單搭接接頭建立力學(xué)模型,加載橫梁彎曲理論估算的載荷,分析膠接接頭的剪應(yīng)力和正應(yīng)力分布情況,驗證了材料屈服強度估算接頭能承受的最大拉伸力的合理性。

運用ansys12.0軟件對不同配合精度下復(fù)合材料螺栓連接接頭強度進行三維有限元分析。采用ansys自帶的tsai-wu(蔡-吳)法則作為失效判斷依據(jù),計算接頭的初始破壞載荷。對試件進行相關(guān)試驗,通過與計算結(jié)果對比,試驗結(jié)果與計算結(jié)果相吻合。結(jié)果表明:在間隙配合情況下,隨著配合間隙的減小,接頭初始破壞載荷逐漸增加,復(fù)合材料孔邊的應(yīng)力集中程度隨著減小;接頭在小干涉量配合情況下具有較高的破壞載荷和低的應(yīng)力集中程度,在大干涉量配合情況下接頭強度迅速下降。

復(fù)合材料復(fù)合材料

復(fù)合材料具有比強度高、耐疲勞性能好、減震性能好、性能可設(shè)計等諸多優(yōu)點,在航空航天、汽車等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文通過改變復(fù)合材料管的鋪層和膠接結(jié)構(gòu)形式考察某航天復(fù)合材料管與接頭連接構(gòu)件的抗彎強度和疲勞性能。結(jié)果表明,采用雙搭結(jié)構(gòu)或單搭結(jié)構(gòu)膠接段管的外側(cè)局部加強都可以顯著提高復(fù)合材料管與接頭膠接構(gòu)件的抗彎性能及疲勞性能,這兩種方法都能夠滿足該航天構(gòu)件的設(shè)計要求。

11月12日,由浙江中天紡檢測有限公司和海寧市馬橋經(jīng)編行業(yè)協(xié)會主導(dǎo)制定的馬橋經(jīng)編《篷蓋用機織復(fù)合材料》聯(lián)盟標(biāo)準審定會召開。浙江海利得新材料股份有限公司、浙江錦達新材料有限公司、浙江宇立塑膠有限公司等13家篷蓋用機織復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)骨干參加了該標(biāo)準的討論。

以機械聯(lián)接接頭應(yīng)力分布的解析解為基礎(chǔ)，以單向板縱向拉拉ｓｎ曲線為依據(jù)，按照孔邊一定范圍內(nèi)逐層逐單元損傷直至破壞的物理本質(zhì)，從宏觀唯象觀點出發(fā)，提出了一種壽命估算方法。同時，文中還給出了孔的永久變形與循環(huán)次數(shù)之間的擬合關(guān)系式。

3d打印技術(shù)亦稱為增材制造,是基于三維數(shù)學(xué)模型數(shù)據(jù),通過連續(xù)的物理層疊加,逐層增加材料來生成三維實體的技術(shù)。作為第三次工業(yè)革命的代表性技術(shù)之一,3d打印材料是影響3d打印技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的關(guān)健因素。而高分子聚合物在打印材料中占據(jù)主要地位,其中高分子復(fù)合材料具有明顯優(yōu)勢。本文綜述了近年來3d打印用高分子材料及其復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀,包括高分子絲材、光敏樹脂、高分子粉末、高分子凝膠及其它高分子材料,并對高分子材料在3d打印領(lǐng)域的發(fā)展進行了展望。

對復(fù)合材料t型接頭在拉伸載荷作用下的力學(xué)性能進行研究。采用有限元分析軟件patran建立t型接頭數(shù)值模型,分析其在拉伸作用下的應(yīng)力分布;對試件進行靜拉伸試驗。結(jié)果表明,填料區(qū)為復(fù)合材料t型接頭最薄弱的部位,在受到拉伸時最先發(fā)生損傷,實驗結(jié)果與數(shù)值模擬吻合。并對填料區(qū)進行了參數(shù)優(yōu)化,優(yōu)化結(jié)果表明:增大圓弧半徑是有效的途徑之一。

介紹了復(fù)合材料管件膠接接頭的拉脫力測試條件及結(jié)果,分析了膠粘劑材料對鋁合金接頭,以及接頭制造工藝對復(fù)合材料接頭拉脫力的影響。結(jié)果表明,國產(chǎn)j-133膠粘劑剪切強度≥20mpa,鋁合金接頭的失效形式為復(fù)合材料管件膠接區(qū)的纖維層間剝離破壞,膠粘劑破壞載荷優(yōu)于復(fù)合材料層間結(jié)合力;對于預(yù)浸料模壓成形和三維編織rtm成形的復(fù)合材料接頭,按使用狀態(tài)安裝m8鉸制孔用螺栓進行拉脫力測試時,實驗現(xiàn)象均為螺栓先發(fā)生彎曲變形,從而導(dǎo)致接頭開孔處同時承受拉伸和擠壓兩種載荷,最終失效載荷基本相當(dāng),且均為接頭開孔處破壞,接頭制造工藝對復(fù)合材料接頭拉脫力的影響可以忽略。所得結(jié)果可為產(chǎn)品設(shè)計和性能評估提供參考。