發(fā)布時(shí)間：2020-06-13 04:00

【摘要】：復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)因在相同的軸壓載荷下具有很高的減重優(yōu)勢(shì)和損傷容限,而在航空航天領(lǐng)域有越來越廣泛的應(yīng)用。但隨著工藝的發(fā)展和預(yù)浸料纖維體積分?jǐn)?shù)的提高,網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)處的纖維堆疊成為需要特別處理的問題。本文研究了鋪放-壓平工藝和鋪放-碾壓展寬工藝兩種方法來處理節(jié)點(diǎn)處的纖維堆疊和凸起,以及兩種工藝所造成的纖維彎曲對(duì)網(wǎng)格構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)剛度和抗失穩(wěn)能力的影響。(1)運(yùn)用流變學(xué)建立鋪放-壓平工藝的節(jié)點(diǎn)處預(yù)浸帶變形模型,并進(jìn)行數(shù)值分析。對(duì)于單節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格構(gòu)件,進(jìn)行了關(guān)于施壓總力F、節(jié)點(diǎn)兩側(cè)筋條長(zhǎng)度l_0和預(yù)浸帶所用樹脂粘度η的參數(shù)化分析。結(jié)果表明:隨著施壓總力F增大,壓平節(jié)點(diǎn)所需的時(shí)間減小;隨著節(jié)點(diǎn)兩側(cè)筋條長(zhǎng)度l_0和預(yù)浸帶所用樹脂粘度η增大,壓平節(jié)點(diǎn)所需的時(shí)間增大;通過研究不同參數(shù)組合下所需的節(jié)點(diǎn)壓平保溫時(shí)間,為考慮成本和生產(chǎn)周期時(shí)選擇最優(yōu)參數(shù)組合提供了依據(jù)。對(duì)于多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格構(gòu)件,計(jì)算了特定的網(wǎng)格構(gòu)件在優(yōu)化參數(shù)下熱壓罐工藝壓平所需的時(shí)間為14.3min。且從中間的節(jié)點(diǎn)A到邊緣的節(jié)點(diǎn)C,各點(diǎn)處施壓分力逐漸減小,且各點(diǎn)處分力在變形過程里基本保持不變。并通過實(shí)際的鋪放和熱壓罐壓平試驗(yàn)驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果。(2)運(yùn)用流變學(xué)建立碾壓展寬工藝的節(jié)點(diǎn)處預(yù)浸帶變形模型,推導(dǎo)出積分方程,并對(duì)鋪放速度、滾輪半徑、節(jié)點(diǎn)兩側(cè)預(yù)浸帶長(zhǎng)度進(jìn)行參數(shù)化分析。發(fā)現(xiàn):隨著鋪放速度、滾輪半徑或節(jié)點(diǎn)兩側(cè)預(yù)浸帶長(zhǎng)度的增大,預(yù)浸帶剩余厚度被碾壓為原來一半時(shí)所需的鋪放壓力增大。進(jìn)行節(jié)點(diǎn)處碳纖維在碾壓展寬過程里的強(qiáng)度校核,確定各個(gè)工藝參數(shù)的邊界。計(jì)算表明:當(dāng)樹脂粘度為10 Pa·s時(shí),鋪放速度可設(shè)定為較大值,以加快鋪放效率;若以1mm/s的鋪放速度為可接受的最低鋪放速度,則可鋪放的構(gòu)件參數(shù)l_0最大可達(dá)到4472mm。當(dāng)粘度大于1×10~3Pa·s時(shí),對(duì)于工程常見的最小l_0=50mm,對(duì)應(yīng)的最大鋪放速度也必須小于0.5mm/s。(3)應(yīng)用ABAQUS軟件研究了矩形胞元的網(wǎng)格構(gòu)件的屈曲臨界載荷因子對(duì)節(jié)點(diǎn)剛度的敏感性。對(duì)于矩形胞元的網(wǎng)格構(gòu)件,分別為其節(jié)點(diǎn)處賦予不同的工程彈性常數(shù),發(fā)現(xiàn)隨著節(jié)點(diǎn)處剛度的下降,網(wǎng)格構(gòu)件的屈曲臨界載荷因子也下降。但當(dāng)節(jié)點(diǎn)處剛度降為原來的10%時(shí),其造成的網(wǎng)格構(gòu)件的臨界屈曲載荷因子也僅下降15%。計(jì)算節(jié)點(diǎn)處含纖維彎曲的節(jié)點(diǎn)平均剛度,發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)處纖維的大幅彎曲使節(jié)點(diǎn)處平均彈性模量下降為原來的18.2%。與此同時(shí),網(wǎng)格構(gòu)件的臨界屈曲載荷因子下降了10.7%。與含剪斷-續(xù)鋪節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)格相比,盡管剪斷-續(xù)鋪的節(jié)點(diǎn)每隔一層就有一層被剪斷的纖維,鋪放-壓平工藝和鋪放-碾壓展寬工藝制備的網(wǎng)格構(gòu)件抗失穩(wěn)能力不如剪斷-續(xù)鋪。
【圖文】：

一種典型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)示意圖

火箭載荷適配器
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33

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本文編號(hào)：2710613