纤维缠绕复合材料的弹性模量

缠绕成型的秆稚增强复合材料是一种正交异性材料。本文综述了这类材料的弹性模量的确定方法。首先讨论了单层复合材料,给出了弹性模量的定义、弹性模量随坐标轴旋转的变化和虎克定律的两种形式,并且初步介绍了耦合效应的概念。接着列出了用组成成份的性质来计算单层复合材料弹性模量的公式,着重介绍了这些弹性模量的实验测定,包括平板拉伸试件的加工、试验方法和注意事项,文中列出了典型的试验结果。这一部分工作是101研究室的实验小组共同进行的。最后,给出了交叉迭层复合材料弹性模量的计算公式。为了实用起见,这些公式是针对圆筒形压力容器的封头和圆筒段两部分分别列出的,并且介绍了考虑金属内衬时的计算公式。列出了计算实例。     

三维均匀化理论预测多孔混凝土等效弹性模量

应用多尺度渐进展开的均匀化理论,推导三维均匀化理论的有限元解法,求解复合材料等效弹性系数。假设多孔混凝土由光滑均匀一致的球孔与水泥石基质组成,提出改进的随机投放方法,生成三维均匀化理论求解的随机单胞模型。以聚苯乙烯泡沫(EPS)混凝土为数值算例,生成6组不同体积分数的EPS混凝土随机单胞模型,通过三维均匀化理论的有限元法计算得到其等效弹性模量。计算结果表明:随机单胞模型能反映细观的非均质性,三维均匀化理论的有限元法计算得到的等效弹性模量变化趋势比较符合Miled的试验结果。     

SiCf/Si-O-C复合材料的抗氧化、抗热震性能研究

通过研究材料的氧化前后质量的改变和强度减少及氧化前后微观结构的变化,研究了先驱体转化法制备的SiCf/Si-O-C复合材料的抗氧化、抗热震性能。结果表明SiCf/Si-O-C复合材料具有良好的抗氧化、抗热震性能。对所得材料微观结构进行了分析讨论,发现界面结构的变化是影响SiCf/Si-O-C复合材料抗氧化、抗热震性能的主要原因。     

C/SiC陶瓷基复合材料燃烧室壁厚设计与验证

C/SiC复合材料发动机具有重量轻、工作温度高等优势,已成为下一代高性能发动机的重要发展方向,其中C/SiC复合材料燃烧室的强度与壁厚设计是发动机设计的关键技术之一。本文以薄壳理论和第四强度理论为基础,以环向拉伸强度为基础数据,推导了C/SiC复合材料燃烧室壁厚计算公式,并对某型号发动机燃烧壁厚进行了计算。未验证计算结果准确性,利用复合材料燃烧室试件的爆破试验对计算结果进行了验证,并对根据计算结果研制的C/SiC复合材料燃烧室进行了热试车考核验证。本文提出的研究计算方法与结果对其他C/SiC复合材料燃烧室的壁厚设计具有指导意义。     

微胶囊型自修复碳纤维增强复合材料性能研究

为了分析内嵌环氧树脂基微胶囊的碳纤维增强复合材料(CFRP)的力学性能,开展了材料在准静态载荷条件下力学性能试验研究,对比分析了有、无微胶囊时碳纤维增强复合材料的静态力学性能,详细探究了微胶囊的质量分数对碳纤维增强复合材料的力学性能和自修复性能的影响,分析了材料的拉伸强度,弹性模量,断裂伸长率以及自修复性能情况。在相同冲击能量下,采用落锤法对不同微胶囊含量的层合板进行冲击试验,研究其在冲击载荷作用下的动态力学响应。结果表明,微胶囊具有增韧效果和自修复能力。随着微胶囊质量分数的增加,自修复碳纤维增强复合材料的拉伸强度降低,弹性模量先略微升高后降低,断裂伸长率先降低后升高,但总体变化不大,修复效率随微胶囊含量的增加而升高。在相同冲击能量下,微胶囊含量越大,最大冲击力越小,材料的冲击力-位移曲线斜率越小,抗冲击性能越差。研究结果可以为推动自修复型CFRP材料的实际工程应用和理论研究提供相关参考。     

挠度对钢丝绳弹性模量的影响

钢丝绳被广泛地应用在油气储运工程中。弹性模量是钢丝绳的一个重要物性参数,欧洲和前苏联对该问题研究较多,他们用实验的方法得到钢丝绳弹性模量的经验计算公式。笔者引用等效弹性模量的概念,根据悬索的斜抛物线长度计算公式,从理论上推导了挠度对钢丝绳弹性模量影响的计算公式。该公式推导过程简单,且可以定量地计算挠度对钢丝绳弹性模量的影响。     

复合材料大展弦比亚声速机翼气动弹性研究

新一代航空结构广泛采用复合材料,对复合材料机翼的气动弹性工程化建模和分析是飞机设计的重要任务.应用气动弹性分析理论和方法,对复合材料大展弦比机翼进行了结构有限元建模、模型修正、固有振动特性计算、部件颤振工程分析.使用MSC/NASTRAN软件,在复合材料大展弦比机翼的初步静力分析模型基础上,依据结构图纸、相关试验结果反复修改得到合理的机翼结构动力学有限元模型,固有振动计算中采用动力减缩方法消除局部模态并提高计算精度,采用亚声速偶极子格网法求解非定常气动力,并对单独机翼进行了颤振计算分析,为工程设计提供了可靠的参考数据.     

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。     

环肋轴对称组合壳塑性极限分析的弹性模量调整有限元方法

基于轴对称截锥壳单元,以单元横截面峰值应力为等效应力,建立了弹性模量调整有限元方法,应用Fortran语言编制了有限元软件用于计算环肋轴对称组合壳的塑性极限载荷.该方法根据组合壳的应力分布情况调整轴对称壳单元和肋骨单元的弹性模量,并进行一系列的弹性迭代计算,计算收敛后即可以得到环肋轴对称组合壳的塑性极限载荷.通过对算例的计算证明:该方法具有良好的收敛性和较高的效率,计算结果与试验结果吻合较好.     

不同裂解温度对制备SiCf/Si-O-C复合材料性能研究

以聚硅氧烷为先驱体,研究先驱体转化过程中在不同的裂解温度下对制备SiCf/Si-O-C复合材料性能影响.结果表明,当裂解温度在700℃、800℃时,陶瓷基复合材料的弯曲强度分别为255.2 MPa、309.0 MPa;当裂解温度在1000℃时,陶瓷基复合材料的弯曲强度为45.3 MPa.对SiCf/Si-O-C复合材料的微观结构及载荷-位移曲线进行分析,发现界面结构是影响SiCf/Si-O-C复合材料性能的主要因素.     

Analysis for the residual prestress of composite barrel for railgun with tension winding

Based on the elastic theory of cylindrical shells and the theory of composite laminates, a prediction model for the residual prestress of the simplified round composite barrel for railgun is established. Only the fibre pretension is considered in this model. A three dimensional numerical simulation for the residual prestress in the railgun barrel is carried out, by combining the temperature differential method with the element birth and death technology. The results obtained by the two methods are compared. It reveals that the distribution trends of residual prestress are consistent. And the difference for residual prestress in the filament wound composite housing of barrel is relatively small. The same finite element method is used to analysis the residual prestress in the non-simplified composite barrels for railgun, which are under different control modes of winding tension. The results mean that the residual prestress in barrel will increase while the taper coefficient for winding is decreasing. Therefore, the sealing performance in bore is improved, but the strength of the filament wound composite housing drops. In addition, the axial and circumferential residual prestress in the filament wound composite housing with constant torque winding are close to the ones in iso-stress design for barrel.     

随机载荷下疲劳寿命预估计算方法研究

分析了一种用于随机载荷下零构件疲劳寿命预估的有效计算方法 .引入材料所吸收的弹性应变能和塑性应变能等参量 ,在等能量损伤法则下推算出稳态条件下随机载荷的等价常幅应力 ,适用于结构设计阶段和改进阶段或应力响应时间历程无法实测的情况 .     

Modeling mechanical behaviors of composites with various ratios of matrixeinclusion properties using movable cellular automaton method

Two classes of composite materials are considered: classical metaleceramic composites with reinforcing hard inclusions as well as hard ceramics matrix with soft gel inclusions. Movable cellular automaton method is used for modeling the mechanical behaviors of such different heterogeneous materials. The method is based on particle approach and may be considered as a kind of discrete element method. The main feature of the method is the use of many-body forces of inter-element interaction within the formalism of simply deformable element approximation. It was shown that the strength of reinforcing particles and the width of particle-binder interphase boundaries had determining influence on the service characteristics of metaleceramic composite. In particular, the increasing of strength of carbide inclusions may lead to significant increase in the strength and ultimate strain of composite material. On the example of porous zirconia ceramics it was shown that the change in the mechanical properties of pore surface leads to the corresponding change in effective elastic modulus and strength limit of the ceramic sample. The less is the pore size, the more is this effect. The increase in the elastic properties of pore surface of ceramics may reduce its fracture energy.     

铰接于定轴转动刚体上的线弹性幂强化材料手面杆系弹塑性分析的数值解

将材料的本构关系描述为线弹性幂强化形式,推导出了各杆铰接在一个定轴转动刚体上的平面杆系弹塑性分析的普遍表达式,使问题得到了圆满的解决。     

复合材料层合板疲劳寿命形状参数与门槛值分析方法

复合材料性能具有较大的分散性,在表征复合材料疲劳寿命时,必须考虑分散性的影响。以M21C复合材料开孔层合板为研究对象,采用Sendeckyj等效静强度模型和随机变量函数的概率分布方法推导了复合材料层合板疲劳寿命形状参数和剩余强度形状参数的关系,通过试验和统计的方法获得了M21C复合材料开孔层合板的疲劳寿命形状参数和疲劳门槛值,对载荷放大系数以及低载截除水平的确定提供了数据支持。     

复合固体推进剂颗粒填充模型及其统计特性分析

复合固体推进剂属于高填充比颗粒类复合材料,氧化剂和金属颗粒在基体中的随机分布使其在细观尺度具有非均质的特点。从细观尺度研究固体推进剂燃烧及力学性能时,必须考虑颗粒级配、空间分布和种类等因素的影响。采用分子动力学方法,以硝酸酯增塑聚醚高能复合固体推进剂为研究对象,将固体颗粒模型化为球形,生成其在基体内随机分布的颗粒填充模型。利用Monte-Carlo算法模拟计算颗粒填充模型细观结构的两点概率函数,并研究了颗粒填充体积分数、尺寸与级配等参数对其的影响规律。从统计意义上给出具有各态历经性、统计均匀性和各向同性特点的颗粒填充构型最小周期性代表体元尺寸,可有效减小后续研究的计算量,节约计算成本。所构建的推进剂细观几何构型及对最小周期性代表体元尺寸的计算为后续开展复合固体推进剂细观尺度燃烧、燃面处铝团聚及力学性能数值研究奠定了基础。     

拉压异性材料厚壁圆筒和厚壁球壳的极限载荷分析

本文利用库仑屈服准则,研究了拉压异性材料厚壁圆筒和厚壁球壳的弹性极限载荷和塑性极限载荷,得出了新的结果和结论。计算结果表明,考虑了材料的拉压异性之后,厚壁圆筒和厚壁球壳的极限载荷均有明显提高。     

聚氨酯型复合推进剂的性能研究

本文研究聚氨酯型复合推进剂的力学性能和燃烧性能,给出了提高推进剂力学性能的有效途径,测试了推进剂燃烧性能的基本特征参数,采用光电子能谱(ESCA)对这种复合推进剂的界面作用机理进行了微观探讨.     

合成纤维的机械性能对其防弹性能的影响研究

从当前形势出发，分析了防弹材料发展的时代背景；分析了合成纤维的防弹机理；从理论上分析了纤维的机械性能与防弹性能之间的关系；对几种新型防弹纤维的机械性能对其防弹性能的影响，进行了详细对比分析。     

二维随机裂纹介质模型

利用随机过程的谱展开理论及Hudson的裂纹介质模型构造一种裂纹数密度具有空间统计分布的随机介质模型的理论。利用Hudson理论的裂纹的微观参数(裂纹数密度)与裂纹介质的宏观性质(弹性常数)相联系的特点,模拟了二维指数型椭圆型随机介质。结果表明模型将裂纹的微观参数与裂纹介质的宏观性质直接联系起来,并且裂纹数密度对随机裂纹介质的各个弹性常数有不同程度的影响。