【摘要】：隨著航天航空領(lǐng)域的發(fā)展,復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是一種典型的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)形式,20世紀(jì)50年代金屬材料的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)就被用于飛行器結(jié)構(gòu)之中,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的減重。纖維復(fù)合材料制備的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)承載效率更高,在國(guó)外已經(jīng)被大量應(yīng)用于航空航天結(jié)構(gòu)。本文將圍繞纖維復(fù)合材料成型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的工藝和力學(xué)特性展開(kāi)研究,旨在建立網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)表征與工藝模型,并設(shè)計(jì)、搭建網(wǎng)格結(jié)構(gòu)纏繞及鋪放設(shè)備。首先,本文提出了采用環(huán)向肋與螺旋肋個(gè)數(shù)表征網(wǎng)格密度的方法,推導(dǎo)了三角形、菱形、矩形等圖案網(wǎng)格密度與圓柱結(jié)構(gòu)尺寸之間的關(guān)系。利用apdl語(yǔ)言,開(kāi)發(fā)了圓柱網(wǎng)格結(jié)構(gòu)分析的通用子程序,實(shí)現(xiàn)了對(duì)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)軸向承載能力的分析。分析結(jié)果顯示,正方形圖案網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的軸向承載效率最高,正三角形圖案的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)次之,菱形網(wǎng)格圖案的加強(qiáng)效果最差。通過(guò)增加網(wǎng)格密度,可以適當(dāng)提高網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的軸向承載效率,當(dāng)網(wǎng)格密度達(dá)到某一值時(shí),繼續(xù)增加網(wǎng)格密度,對(duì)承載效率的提升作用有限。另外,還對(duì)網(wǎng)格交叉點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,確定了減少網(wǎng)格交叉點(diǎn)纖維架空與堆積問(wèn)題的工藝路線。其次,建立了網(wǎng)格結(jié)構(gòu)纖維纏繞的數(shù)學(xué)模型。針對(duì)菱形圖案,建立了菱形圖案網(wǎng)格結(jié)構(gòu)纏繞線型的數(shù)學(xué)模型,分析了螺旋肋的布滿規(guī)律。改進(jìn)了環(huán)向肋的纏繞方法,提出了環(huán)向肋與螺旋肋同時(shí)纏繞的多絲嘴纏繞方案,根據(jù)螺旋肋與環(huán)向肋的纏繞節(jié)拍,推導(dǎo)了纏繞螺旋肋與環(huán)向肋所需單層纖維厚度的關(guān)系。設(shè)計(jì)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(jī)。然后,通過(guò)對(duì)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)鋪放工藝特點(diǎn)的分析,設(shè)計(jì)了適用于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)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(dú)立紗路、獨(dú)立壓輥的模塊化設(shè)計(jì),可以根據(jù)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)鋪放工藝的需求,擴(kuò)展鋪放頭的數(shù)目。完成了網(wǎng)格鋪放系統(tǒng)樣機(jī)的搭建,開(kāi)展了鋪放實(shí)驗(yàn)。最后,設(shè)計(jì)了圓柱網(wǎng)格結(jié)構(gòu)樣件,根據(jù)樣件的結(jié)構(gòu)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(shí)纏繞的方法成型了圓柱網(wǎng)格結(jié)構(gòu),固化方式選擇中溫?zé)犸L(fēng)固化,制備的網(wǎng)格構(gòu)件質(zhì)量為63.62g。進(jìn)行了軸向壓縮實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:成型的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以承受的最大軸向載荷為19744.99N,質(zhì)量載荷比為310.36N/g,結(jié)構(gòu)的失效破壞主要是由靠近交叉點(diǎn)附近的螺旋肋分層、斷裂破壞引起的。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V214.8

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2782366