【摘要】：隨著航天航空領域的發(fā)展,復合材料及其結構得到了廣泛的應用。網格結構是一種典型的加強結構形式,20世紀50年代金屬材料的網格結構就被用于飛行器結構之中,實現(xiàn)結構的減重。纖維復合材料制備的網格結構承載效率更高,在國外已經被大量應用于航空航天結構。本文將圍繞纖維復合材料成型網格結構的工藝和力學特性展開研究,旨在建立網格結構的數(shù)學表征與工藝模型,并設計、搭建網格結構纏繞及鋪放設備。首先,本文提出了采用環(huán)向肋與螺旋肋個數(shù)表征網格密度的方法,推導了三角形、菱形、矩形等圖案網格密度與圓柱結構尺寸之間的關系。利用apdl語言,開發(fā)了圓柱網格結構分析的通用子程序,實現(xiàn)了對網格結構軸向承載能力的分析。分析結果顯示,正方形圖案網格結構的軸向承載效率最高,正三角形圖案的網格結構次之,菱形網格圖案的加強效果最差。通過增加網格密度,可以適當提高網格結構的軸向承載效率,當網格密度達到某一值時,繼續(xù)增加網格密度,對承載效率的提升作用有限。另外,還對網格交叉點處的結構進行了研究,確定了減少網格交叉點纖維架空與堆積問題的工藝路線。其次,建立了網格結構纖維纏繞的數(shù)學模型。針對菱形圖案,建立了菱形圖案網格結構纏繞線型的數(shù)學模型,分析了螺旋肋的布滿規(guī)律。改進了環(huán)向肋的纏繞方法,提出了環(huán)向肋與螺旋肋同時纏繞的多絲嘴纏繞方案,根據螺旋肋與環(huán)向肋的纏繞節(jié)拍,推導了纏繞螺旋肋與環(huán)向肋所需單層纖維厚度的關系。設計并搭建了可用于環(huán)向肋纏繞的桌面式多絲嘴四軸纏繞機。然后,通過對網格結構鋪放工藝特點的分析,設計了適用于網格結構鋪放工藝的鋪放頭。該鋪放頭具有夾緊剪切、重送、壓緊等基本功能,其采用了獨立紗路、獨立壓輥的模塊化設計,可以根據網格結構鋪放工藝的需求,擴展鋪放頭的數(shù)目。完成了網格鋪放系統(tǒng)樣機的搭建,開展了鋪放實驗。最后,設計了圓柱網格結構樣件,根據樣件的結構尺寸,制備了石膏硅膠組合模具。采用環(huán)向肋與螺旋肋同時纏繞的方法成型了圓柱網格結構,固化方式選擇中溫熱風固化,制備的網格構件質量為63.62g。進行了軸向壓縮實驗,實驗結果表明:成型的網格結構可以承受的最大軸向載荷為19744.99N,質量載荷比為310.36N/g,結構的失效破壞主要是由靠近交叉點附近的螺旋肋分層、斷裂破壞引起的。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V214.8

【參考文獻】

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本文編號：2782366