一、纤维缠绕圆筒复合材料固化成型过程机理模型(上)(论文文献综述)
张博添[1](2021)在《基于切割槽法的复合材料固化残余应力测量研究》文中进行了进一步梳理任何一种新型材料的应用和发展必然要依赖于越来越多的应用需求,现代社会人们对于车辆的节能减排,飞机、汽车的出行安全,可穿戴设备、运动装备的轻便性等等需求愈发提高,传统的轻量化金属难以同时满足高可靠性和低密度的要求,碳纤维复合材料应运而生取得了极大的发展。受益于其特有的相对于传统金属材料的高强度、低密度、高可靠性的优点,在航空航天、军事装备、汽车制造等等领域取得了极大的发展和应用。复合材料的固化成型过程是保证最终构件性能的关键一步。由于固化成型工艺过程中包含物理化学反应进程,导致构件内部的温度场和固化度分布不均,最终演变成为残余在构件中的内应力和最终的固化变形,对构件的尺寸质量和力学性能产生影响,故而对复合材料内部残余应力的测量则成为了复合材料在实际应用中十分重要的一环。目前在材料内部残余应力的测量方向主要有有损测量法和无损测量法两大类方法,而工业上应用最广泛的就是成本低,操作难度小的有损测量法。本文针对复合材料-金属层合构件,对现有复合材料有损测量法中的增量切割法的几个缺点进行了改进研究。(1)通过查阅国内外相关领域研究文献,确定了残余应力测量试验的试验方法,并根据研究对象铝合金-复合材料层合结构的已知热化学参数和力学参数确定了树脂固化动力学模型和传热模型对构件进行了固化成型过程中的模拟,并与实际应力测量试验中获得的数据相对比,以验证仿真结果的正确性。(2)针对切割槽法中无法确定构件最具代表性的残余应力测量位点的缺点,利用仿真模型和试验数据相结合的方法,得出了平板结构的金属-复合材料层合构件在使用切槽法时的最佳测量位置,并在此基础上进行了参数化研究。(3)针对切割槽法中重力因素造成的测量结果失真,使用试验数据对有限元仿真模型进行验证、有限元仿真结果对实验数据进行参数化研究的方法,得出了试验条件下重力因素对于残余应力测量精度影响的大小,并使用有限元模型进行重力因素影响大小的参数化研究。(4)针对切割槽法中对同一构件多次重复切割测量会造成相互影响,使测量数据偏离实际值的缺点。使用有限元仿真模型对试验构件进行了重复切分安全距离的预测,并对试验构件进行了试探性切割,证明了有限元仿真方法在重复切分安全距离预测上的可行性,并以此为基础对于重复切分安全距离进行了参数化研究,给出了相应的变化规律。
刘扬[2](2020)在《基于形状记忆聚合物的复合材料芯模设计》文中提出针对变截面、变轴线的复杂管状复合材料试件在成型过程中模具难以设计、脱模难度大的问题,形状记忆聚合物制作的主动变形芯模由于其主动变形及变刚度的特点,可以作为复杂异性结构成型过程的芯模,完成自动脱模。但是限制智能芯模广泛使用的关键因素是在高温吹塑时,聚合物力学性能差,大变形时芯模容易撕裂,可重复使用率低。为解决此问题,本文提出使用弹性纤维对聚合物进行复合,建立了纤维复合型智能芯模,分别对其力学性能和主动变形特征使用有限元方式进行验证,探究其可行性。本文针对纤维复合型结构建立力学模型,从材料单胞分析其拉伸膜量、拉伸强度与材料参数和结构尺寸对应的关系;建立适用于聚合物材料的粘弹性本构模型,确立适用于本文聚合物的材料本构;用多项式函数对材料DMA曲线进行耦合,选取高温吹塑时的材料参数,使用遗传算法函数对结构进行仿真优化,得出优化结构;建立优化后的复合结构仿真模型,进行双轴拉伸与正交弯曲模拟,分析其应力与应变情况,与纯聚合物进行对比,验证了结构优化的可行性。根据优化后的结构模型以及拟合后的材料本构,建立复合型芯模模型,使用ABAQUS进行成型过程仿真分析。先针对芯模气压和R角进行前期仿真筛选,以芯模贴合度及应力分布作为检验方式,筛选出合适的吹塑气压和芯模R角并进行后续吹塑。分别对两种弹性纤维复合型芯模以及纯聚合物芯模进行吹塑,对R角以及大变形段进行应力和应变分析,分析芯模各基体材料应力分布情况,为后期实际使用提供参考。为了验证纤维复合形式对芯模形状记忆特性的影响,分别制作复合型芯模和纯聚合物芯模,测试形状固定率,并从仿真角度采用相同环境变量,以及材料本构,进行仿真验证;进行芯模吹塑循环仿真分析,并进行相同环境的等效实验验证,分析仿真数据与实验值中的形状回复速率,进行数据对比。
夏乾善[3](2020)在《基于碳纳米管纸复合材料雷电防护结构的设计及性能表征》文中认为碳纳米管纸(Buckypaper,BP),亦称为碳纳米管薄膜,其作为宏观的碳纳米管(Carbon Nanotube,CNT)材料,不但具有轻质、耐腐蚀及优异的导电性等特性,还具有碳纳米管粉末所不具备的易于操作及易于与树脂基材料复合等优点,因此,碳纳米管纸及其复合材料近年来备受科研人员的关注。据文献报道,由于柔性的碳纳米管纸及其复合材料具有诸多优异的特性,其在飞行器的雷电防护领域极具研究价值。本文为提高基于碳纳米管纸的防护结构的雷电防护性能,研究并制备了不同种类的改性碳纳米管纸及其复合材料,通过结构的优化设计,制备了一系列的基于碳纳米管纸的雷电防护复合材料,并验证了将其应用于雷电防护领域的可能性。本文采用碳纳米管悬浊液抽滤法所制备的碳纳米管纸,去除残余分散剂后,其电导率略有提高,使得其在Ku波段具有34.3-42.9 d B的电磁屏蔽效能。为提高碳纳米管纸的力学性能,向碳纳米管纸中引入聚丙烯腈(Polyacrylonitrile,PAN)静电纺丝纤维,制备出了碳纳米管/聚丙烯腈复合薄膜(CNT/PAN),与碳纳米管纸相比,其力学性能在一定程度上有所提升。由于渗入了CNT的PAN层存在大量可消耗电磁波的界面,使得复合薄膜在Ku波段的电磁屏蔽效能达到63.7-65 d B。但其导电性能略有下降,无法满足雷电防护领域的需求。为提高碳纳米管纸的导电性能,本文还采用化学交联法制备了交联碳纳米管纸,所制备的交联碳纳米管纸的力学和导电性能相比于碳纳米管纸均有一定程度的提高。但其树脂浸润性较差,无法与树脂基复合材料形成稳定的雷电防护复合材料。为进一步提升碳纳米管纸的导电性能以满足雷电防护领域对高导电性材料的需求,设计采用电泳沉积法对碳纳米管纸的一侧进行表面银修饰,制备出了高导电性的银修饰碳纳米管纸(Silver Modified Buckypaper,SMBP),其电导率高达5091.65 S/cm。此方法制备的改性碳纳米管纸中银含量较少,并依然具有轻质及多孔结构等特性,使得银修饰碳纳米管纸与树脂具有良好的结合性,有利于其与航空领域中常用的碳纤维增强环氧树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)复合,以制备雷电防护复合材料。此复合材料具有高导电性、轻质、耐腐蚀及结构稳定等优点,在雷电防护领域具有极大的应用价值。研究结果表明,银修饰碳纳米管纸防护的复合材料雷击后的抗压强度保留率为90.75%,远高于无防护的复合材料(60.45%),与面密度为73 g/m2的商用铜网(73gsm-Cu)防护材料的抗压强度保留率(89.7%)相近,但其减重量高达27.4%,而且银修饰碳纳米管纸防护的复合材料的非雷击面在雷击过程中的最高温度差与面密度为73 g/m2的铜网防护的复合材料相比降低了17.4 ℃。并通过表征分析对银修饰碳纳米管纸的导电防护机理进行了探究。证明了银修饰碳纳米管纸的引入可在一定程度上降低雷击电流对基体材料造成的损伤。在银修饰碳纳米管纸导电防护的基础上,再从热防护的角度对CFRP材料进行雷电防护。即在向基体材料表面引入高导电性银修饰碳纳米管纸的同时,又引入了具有热解耗热功能的碳纤维/酚醛树脂(Carbon Fiber/PhenolFormaldehyde,CF/PF),从而形成复合雷电防护结构,通过两种防护层的协同作用可降低雷击能量对基体材料造成的损伤。实验结果表明,雷击后银修饰碳纳米管纸-碳纤维/酚醛树脂-碳纤维增强环氧树脂基复合材料(SMBP-CF/PF-CFRP)的抗压强度保留率高达97.25%,略高于面密度为142 g/m2的铜网/碳纤维增强环氧树脂基复合材料(96.1%)。且SMBP-CF/PF作为防护结构防护的复合材料在雷击过程中其非雷击面的最大温差为44.9 ℃,亦低于面密度为142 g/m2的铜网(142gsm-Cu)作为防护层的复合材料(51.1 ℃)。通过仿真模拟定性的研究了CF/PF防护层的雷电防护机理。由分析可知,CF/PF防护层的引入可在一定程度上降低雷击电流产生的焦耳热对基体材料造成的损伤。为进一步降低雷击能量对基体材料所造成的损伤,在SMBP-CF/PF复合防护结构的基础上,通过结构优化设计,又向复合材料中引入了氧化铝(Aluminium Oxide,Al2O3)作为隔热防护层,以阻隔雷击电流所产生的焦耳热向基体内部传递。通过真空热压法,制备了银修饰碳纳米管纸-碳纤维/酚醛树脂-氧化铝-碳纤维增强环氧树脂基复合材料(SMBP-CF/PF-Al2O3-CFRP)和银修饰碳纳米管纸-碳纤维/酚醛树脂-氧化铝/聚酰亚胺-碳纤维增强环氧树脂基复合材料(SMBPCF/PF-Al2O3/PI-CFRP)。并对此类雷电防护结构防护的复合材料进行了雷电防护性能的验证,实验结果表明,雷击后的SMBP-CF/PF-Al2O3-CFRP复合材料的抗压强度保留率最高,高达98.92%;雷击后SMBP-CF/PF-Al2O3/PI-CFRP复合材料的热防护效果最好,其非雷击面在雷击过程中的最大温度差仅为23.6 ℃。定性的研究了CF/PF-Al2O3雷电防护结构的防护机理。通过分析可知,Al2O3隔热功能层的引入可显着的降雷击电流产生的焦耳热对基体材料造成的损伤。本文针对基于碳纳米管纸的复合材料雷电防护结构的研究尚处于较为薄弱的现状,从导电防护和热防护的角度出发,研究了基于碳纳米管纸的复合雷电防护结构的相关制备方法,通过对其形貌及相关性能的表征与分析,探究了基于碳纳米管纸的复合材料雷电防护结构的防护机理。本文所得到的研究结果及结论可为未来的轻质雷电防护功能复合材料的研究提供思路。
张桂明[4](2019)在《变刚度复合材料固化变形及残余应力研究》文中研究说明具有优异综合性能的先进复合材料在航空航天、船舶、车辆和能源等领域得到了广泛的应用。复合材料是一种多相的材料,由于各组分间性质的不协同很容易使材料在成型过程中产生内部残余应力。残余应力是复合材料及其构件的固有特性。残余应力可能使复合材料产生分层、翘曲、变形、裂纹等问题,严重影响复合材料尺寸稳定性和结构强度,预测和控制复合材料固化变形对保证复合材料结构的性能、制造和装配精度具有重要意义。此外,残余应力形成来源众多,学术界对残余应力形成机理的认识和研究尚未形成达成共识。残余应力不仅影响材料复合体系极限潜力的发挥,而且作用于结构设计和分析的整个环节。随着纤维铺放技术的成熟应用,变刚度复合材料成为研究热点,传统的变刚度复合材料的研究主要集中在结构的屈曲性能、开孔结构的补强设计等领域,而关于变刚度复合材料固化成型过程中的残余应力和变形的研究很少,由于变刚度复合材料纤维轨迹的复杂性等原因,使残余应力对变刚复合材料结构性能的影响更加明显。本文首先介绍了课题研究的背景,分析了树脂基复合材料固化变形及残余应力国内外研究现状,总结了固化残余应力的影响因素,介绍了复合材料铺放及变刚度复合材料的特点,及阐述了选题依据。介绍了树脂固化动力学主要的唯象模型:n级反应模型、自催化反应模型、Kamal模型、Lee模型、Springer-Loos模型、Cole模型。推导了动力学三因子的微分求解方法。介绍了传热学基本方程、树脂固化的本构方程、导热系数的预测公式、树脂固化收缩的预测公式及热膨胀系数的计算公式。采用DSC非等温法对预浸料EM112进行了测试,得到了该材料的唯象固化动力学方程。变刚度复合材料结构设计中首要的问题之一是确定纤维轨迹线型,介绍了主要的纤维铺放轨迹:纤维取向角的线性变化、三次函数线型、三次函数等高线线型、流线线型、常曲率线型、二次贝塞尔曲线线型、多项式纤维线型。对比和分析了变刚度铺层的平行法与平移法的优劣。平移法的优点是纤维轨迹易于在铺放机上实现、制品具有更好的抗屈曲性能,平行法不会产生纤维间间隙或重叠。然后介绍了变刚度层合板平衡性的构建方法。建立变刚度复合材料层合板的数学模型,提出了纤维曲线的线性变化规律和纤维角度的变化规律。与直纤维层合板相比,具有角度线性变化的参考路径具有更好的设计自由度;提出了一种预测变刚度复合材料固化过程中残余应力分布的方法。利用固化硬化瞬时线弹性模型(CHILE)确定了树脂的模量。采用Kamal模型对AS4/3501-6预浸料的固化动力学过程进行了模拟。建立了固化过程的三维热-化学模型,并结合热化学分析结果对固化过程中的力学响应进行了评价。本文针对0°±<0°|30°>、0°±<0°|45°>、0°±<0°|60°>、0°±<0°|90°>这几种变刚度层合板,利用ABAQUS得到了温度分布、固化度分布和残余应力分布。结果表明,随着纤维截止角的增大,复合材料变刚度层合板的残余应力减小,130分钟左右时预浸料放热较剧烈,160分钟左右时固化基本完成。对比AS4/3501和EM112两款预浸的固化仿真,EM112反应144.7分钟时预浸料已经基本固化,而AS4/3501需要160分钟才能基本固化。另外,从固化温度看,EM112的固化温度为135℃,而AS4/3501需要170℃;所以EM112可大大降低固化时间和能耗。从固化固化残余应力的水平看,EM112的最大纵向残余应力降低235%,横向残余应力降低80%。最后,采用纤维铺放技术制备0°±<0°|30°>、0°±<0°|45°>、0°±<0°|60°>、0°±<0°|90°>铺层的变刚度复合材料,并采用光纤光栅对复合材料热压罐固化过程的温度进行了在线监测,然后采用三维扫描的方法测量制品的变形量,验证了有限元仿真结果的正确性。针对L型变刚度复合材料的固化回弹进行了参数化研究。采用自洽微观力学模型表征了层合板的力学性能和行为。利用纤维角度线性变化建立了L型变刚度复合材料结构的三维模型。利用ABAQUS软件对L型变刚度件的拐角半径、纤维取向、翼缘厚度和翼缘长度对结构回弹的影响进行了研究。结果表明,回弹较随着拐角半径和翼缘长度的增大而增大,随着翼缘厚度的增加而减小;0°±<0°|60°>2s的铺层的回弹角最小。针对变刚度复合材料圆管的固化残余应力和变形进行了参数研究。采用线性纤维角度变化法建立了变刚度复合材料圆柱的三维模型。利用ABAQUS软件对变刚度圆筒内半径、纤维截止角和厚度对其应力和变形的影响进行了研究。结果表明,最大应力随内半径、纤维截止角和厚度的增大而增大。筒体内半径对变形影响不大,随着纤维截止角的增大和厚度的增加,圆筒变形量增大。
季文婧[5](2019)在《复合材料压力容器爆破压强与材料基本力学性能关联研究》文中指出随着氢能源的应用逐渐增加,对氢能储存要求越来越高,急需研究能满足氢能储存苛刻要求的气瓶,复合材料压力容器以其质量轻、强度高和安全可靠等优点得到了很多学者的研究,尤其是复合材料压力容器的受力状态的数值模拟分析。对压力容器爆破压强的有效模拟不仅能够预测压力容器的爆破压强,还能够将复合材料体系的基本力学性能和压力容器的爆破压强关联起来。因此本文使用ABAQUS有限元软件对压力容器爆破压强进行模拟,建立了较为精准的有限元模型,探究压力容器爆破压强与复合材料体系基本力学性能之间的关联关系。首先,本文通过对碳纤维T700/E-51环氧树脂、碳纤维T700/TDE85环氧树脂以及芳纶纤维/E-51环氧树脂三种材料的动态接触角测试,表征三种材料体系的微观浸润性能。通过微滴脱粘试验表征了三种材料体系的界面剪切性能,并且采用万能试验机测试对各材料体系进行拉伸、压缩、弯曲和层间剪切测试,表征了宏观力学性能,最终测得力学性能数据与微观界面性能优异性一致,均为碳纤维T700/TDE85环氧树脂>碳纤维T700/E-51环氧树脂>芳纶纤维/E-51环氧树脂,且为有限元分析提供数据基础。其次,通过有限元的方法分析复合材料压力容器的爆破压强,为了得到力学性能参数对压力容器爆破压强的影响。采用虚拟试验的方法调整碳纤维T700/TDE85环氧树脂材料体系的基本力学性能参数,得到了每个力学性能参数变化对复合材料压力容器爆破压强以及爆破位置的影响。剪切模量对复合材料压力容器的爆破压强影响最大,主方向的拉模量和泊松比次之,纵向的拉伸模量影响最小。最后,通过试验的方法制备所设计的两种材料体系复合材料压力容器,并进行水压爆破试验。测得碳纤维T700/E51环氧树脂和碳纤维T700/TDE85环氧树脂复合材料压力容器的爆破压强分别为17Mpa和22Mpa。试验结果表明两种材料体系压力容器的预测值和实验值较吻合,偏差在3%之内,说明使用该方法模拟压力容器的爆破压强较可靠。
王浩[6](2019)在《大容积钢内胆复合材料气瓶爆破压力分析及渐进损伤模拟》文中进行了进一步梳理大容积钢内胆复合材料气瓶相较于传统钢质气瓶具有质量轻、强度高等优点,自2011年进入国内长管拖车领域后发展迅速,具有十分广阔的市场前景。但在制造以及运输、使用的过程中,不可避免地会因为碰撞、摩擦等行为在气瓶缠绕层表面产生缺陷,从而影响气瓶的安全运行。基于该情况,本文采用有限元软件ANSYS Workbench对大容积钢内胆复合材料气瓶的爆破压力和渐进损伤进行了研究。通过有限元软件构建大容积钢内胆复合材料气瓶数值模型,并在缠绕层表面建立三个体积型缺陷。详细阐述了数值模型的构建过程,重点分析了在设计爆破压力(50MPa)下含不同缠绕层表面缺陷的气瓶内胆和缠绕层应力分布及大小。模拟结果表明,内胆和缠绕层在缺陷位置均会产生应力集中现象,超出缺陷范围后应力迅速减小并保持平稳;缺陷对内胆应力影响较小,但缠绕层应力会因此急剧增大。通过最大应变准则和最大应力准则分别预测了无缺陷及含不同缠绕层缺陷下的气瓶爆破压力。模拟结果表明,含缠绕层缺陷的气瓶爆破压力明显减小且相比于缺陷面积,缺陷深度对其影响更大;两种方法预测得出的无缺陷气瓶爆破压力数值均为58.5MPa,与气瓶水压爆破试验得出的数据56.0MPa相差4.46%。通过模拟结果与试验数据的对比,验证了有限元模拟的准确性。在此基础上采用更为准确的最大应力准则研究了不影响气瓶爆破压力的缠绕层表面临界缺陷尺寸。针对本文讨论的气瓶,给出了不影响气瓶爆破压力的临界面积为200mm×200mm,临界深度为1mm这一结论。气瓶在使用过程中随着微观层面损伤的逐步积累,会造成宏观层面的刚度退化。本文基于Puck准则模拟了大容积钢内胆复合材料气瓶的渐进损伤过程。模拟结果表明:缠绕层失效顺序依次为基体拉伸失效、基体压缩失效/基体剪切失效、分层失效、纤维断裂失效;除了基体拉伸失效是由外向内发展外,其他失效形式均是由内向外发展;环向缠绕层先于螺旋缠绕层失效;除了基体拉伸失效外,其余失效形式均不受气瓶自紧的影响。通过对气瓶渐进损伤过程的分析,预测得出气瓶的爆破压力为58.8MPa,并通过已有文献验证了有限元模拟的准确性。
陈旦[7](2019)在《碳纤维缠绕Ⅳ型复合材料压力容器的结构设计与研制》文中研究表明碳纤维缠绕Ⅳ型复合材料压力容器以其轻量化、耐腐蚀、疲劳性好等优点在新能源汽车和航空航天等领域表现出巨大的应用前景。以工程塑料为内衬的Ⅳ型复合材料压力容器由于国内尚无相关标准,且未形成大规模的产业化,因此这方面的研究工作相对较少。在此,本文针对碳纤维缠绕Ⅳ型复合材料压力容器展开了以下五个方面的研究:(1)针对Ⅳ型复合材料压力容器内衬刚度低于金属内衬的问题,在缠绕实验前,文本对缠绕实验所用内衬的稳定性进行了分析。通过Mises公式推导出圆筒形内衬临界失稳载荷计算方法,然后分别基于特征值法和Riks弧长法,分析内衬的特征屈曲和后屈曲行为,得到内衬的临界失稳载荷,并研究了不厚度下内衬的特征屈曲和后屈曲行为。(2)根据微元法和力的平衡关系,给出了螺旋缠绕和环向缠绕纤维对内衬产生背压的力学模型,确定薄壁缠绕结构下内衬所受背压的解析计算方法,参考后屈曲失稳分析结果,确定最佳缠绕张力值。(3)由NOL环测试结果和载荷工况,基于网格理论完成缠绕角和缠绕层的设计。确定采用测地线缠绕,筒身段缠绕角为12.47°,螺旋缠绕层数为5,环向层数为15。基于龙格库塔法,使用MATLAB软件编程,求解缠绕线型方程,并根据均匀稳定布满的缠绕规律,确定最佳缠绕线型为5切点缠绕;通过MATLAB软件进行五切点线型轨迹的仿真,研究纤维在内衬上的分布规律。采用三次样条函数法对封头处缠绕层厚度进行预测,综合考虑封头处厚度堆积和整体压力容器上纤维重叠问题,确定最终缠绕实验采用两股纱进行缠绕。(4)基于所设计的缠绕参数,借助有限元软件ABAQUS对Ⅳ型压力容器进行精准地几何建模,研究其在工作压强和爆破压强下的力学响应。结果表明:工作压强下,纤维层最大应力值远低于纤维层的破坏强度,复合材料压力容器处于安全状态;采用最大应变准则预测压力容器爆破压强,结构在57MPa内压下发生低压爆破,失效区域为封头处平行圆半径51.74mm—67.65mm区域。针对此问题,提出结合扩孔方法的封头帽补强法,结构爆破压强提升了17.5%,纤维在筒身与封头交界区域发生失效。(5)借助四轴数控纤维缠绕机,使用T800HB-12000-50B碳纤维和EW-6F环氧树脂,采用两股纱、五切点、测地线等缠绕参数完成塑料内胆碳纤维全缠绕Ⅳ型复合材料压力容器的成型,验证了所设计缠绕参数的准确性。本文所做工作可以为碳纤维缠绕Ⅳ型复合材料压力容器提供设计思路和技术路线,为Ⅳ型复合材料压力容器的发展打下理论和实验基础。
赵盼[8](2019)在《火箭发动机氧化剂贮箱端盖结构预浸纤维铺放技术研究》文中进行了进一步梳理复合材料具有高比强度、高比刚度、轻质量、耐腐蚀等特点,尤其在制品减重方面的优异表现,被广泛应用于航空、航天、船舶及汽车等领域,而先进的复合材料成型技术是实现高性能复合材料结构件制造的重要保证。复合材料氧化剂贮箱是固液混合火箭的关键结构件,目前主要以纤维缠绕/铺放成型含内衬的复合材料结构为主,然而含内衬贮箱的复合材料层与内衬外表面容易分层,导致制品性能下降,同时较重的内衬会大大增加火箭的重量。因此,对无内衬复合材料氧化剂贮箱成型技术的研究已引起学者们越来越多的关注与重视,具有十分重要的理论意义和工程应用价值。无内衬复合材料氧化剂贮箱由两侧的端盖和中间的圆柱形部件组成,其中两侧端盖为非可展曲面,纤维铺放工艺过程复杂;另外,无内衬复合材料氧化剂贮箱与含钢、铝内衬贮箱的强度与气密性方面相比,其对纤维铺放成型工艺、工艺参数设计以及制品性能控制等提出了更高的要求。针对上述问题,本文基于机器人纤维铺放实验平台,提出了氧化剂贮箱端盖纤维铺放成型工艺方法,同时对纤维铺放工艺参数对制品层间剪切强度的影响机制等内容进行了深入分析与讨论。论文的研究内容主要包括以下几点:第一,建立了无内衬氧化剂贮箱端盖铺放成型工艺与装备系统。通过对无内衬氧化剂贮箱纤维铺放工艺过程分析,设计了氧化剂贮箱工艺结构。依据复合材料弹性力学理论与最大应变失效准则,确定了铺层角度和铺层数。对端盖曲面过渡区域采用多丝束铺放,并通过对两侧纤维束与芯模表面易产生间隙的现象进行实验分析,确定了单次最多铺丝数量。同时,针对非可展曲面端盖机器人纤维铺放工艺过程,基于对端盖芯模支撑随动机构的动力学与运动学分析,从总体结构布局、伺服驱动方式及运动控制系统等方面对该机构进行设计,建立了完整的氧化剂贮箱端盖铺放系统。第二,建立了恒工艺参数制品层间剪切强度经验模型。基于对机器人纤维铺放工艺过程的分析,以铺放压力、铺放速度与热气炬温度为关键过程工艺参数,并选取层间剪切强度为优化目标。根据响应面Box-behnken设计实验,通过恒工艺参数铺放实验以及层间剪切强度测试实验,建立了恒工艺参数与制品层间剪切强度映射模型,并利用方差分析验证了模型的可靠性及有效性;根据模型的仿真结果,分析了工艺参数对制品层间剪切强度的影响规律,并获得了恒工艺参数纤维铺放成型最优工艺参数组合。第三,建立了铺放工艺参数对层间结合度的多层作用机理模型。采用有限元法分析橡胶压辊与复合材料基底接触变形过程,获得压辊下压量、接触压应力与变形接触区域长度的作用关系,并通过分析铺放过程中的压力作用规律,建立了多层压力分布模型。同时,对热气炬沿厚度方向加热及散热过程进行分析,建立了基于热传导方程的多层温度分布模型。其次,基于预浸纤维丝束的微观形貌,对纤维铺放层间结合过程进行研究,建立了纤维铺放成型两层粘合层间结合度理论模型。继而以上述模型为基础,建立铺放工艺参数对层间结合度的多层作用机理模型。第四,提出了层间结合度均匀性优化方法。基于铺放工艺参数对层间结合度的多层作用机理模型,分析工艺参数沿厚度方向对层间结合度的单因素和多因素耦合作用规律。同时,针对纤维丝束转向过程,采用梁弯曲理论分析了丝束应力状态,并对压辊内外速度不平衡进行研究,确定了纤维波纹产生的原因。基于此,提出并通过实验验证了使用多组件式压辊可有效减小纤维波纹高度。最终,分别以沿厚度方向或铺放宽度方向层间结合度均匀达到最优为目标进行工艺参数优化设计,并通过实验验证了该最优工艺能够有效提高层间结合度的均匀程度以及制品的层间剪切强度。第五,进行了无内衬氧化剂贮箱端盖纤维铺放参数设计与成型实验研究。根据无内衬复合材料氧化剂贮箱端盖纤维铺放的工艺特点,结合铺放工艺参数对层间结合度的多层作用机理模型,以各铺层的层间结合度均匀最优为目标进行参数设计,获得各个铺层的最优工艺参数组合,并使用机器人纤维铺放系统对端盖进行成型加工。通过实验制品截面显微镜检测、制品层间剪切强度实验检测以及静水压力实验,验证了无内衬氧化剂贮箱端盖纤维铺放加工方法的可行性,以及该优化方法提高端盖层间剪切强度的有效性。
汪洋[9](2018)在《大张力缠绕复合材料身管的力学分析与结构优化》文中提出随着身管武器装置的迅猛发展,发射膛压、发射精度和发射安全性的指标也在不断提高,这一领域的研究进展受到了世界各国的广泛关注。身管结构作为身管类武器发射装置的核心部件,需要在外力作用下维持内部结构的稳定性,因此身管结构必须有良好的机械强度和刚度。同时还需要尽可能降低结构的重量以满足武器装置的轻量化。纤维缠绕复合材料具有比重轻、比刚度大、比强度高和可设计性强的独特优势,同时纤维缠绕中的大张力缠绕工艺可以在缠绕过程中提供身管结构所需要的压紧力,这些特点完美地契合了身管结构的使用要求。但大张力缠绕工艺复杂,力学分析方法与常规张力明显不同,因此研究大张力缠绕的工艺实现和身管结构中的大张力缠绕力学分析方法是十分重要的。本文首先从复合材料基本力学理论、纤维缠绕原理和有限元仿真基本方法入手,确定了大张力缠绕复合材料的力学分析思路,为复合材料结构的解析计算与有限元仿真提供理论依据。其次,从大张力缠绕工艺角度出发,对不同复合材料体系进行了比较,对最适用于身管大张力缠绕的复合材料体系测试了不同缠绕张力下的材料力学性能参数,为大张力缠绕力学分析中材料参数输入奠定了基础。再次,以大张力缠绕轴对称回转体结构为研究对象,通过解析计算的方法揭示了大张力缠绕结构内部应力分布的变化规律,并据此对身管缠绕的大张力缠绕张力制度进行了优化设计。使用有限元仿真的方法对相同模型进行了验证计算,仿真结果与解析结果相互吻合,验证了有限元仿真方法的可行性。随后,使用前文验证的有限元仿真方法,对一种简化身管模型的大张力缠绕结构进行力学分析,揭示了身管大张力缠绕过程中缠绕应力、芯模表面接触压力的分布规律,计算了身管内部压缩应变与缠绕厚度之间的关系,并预测了抵抗一定内腔斥力作用时身管结构所需要的大张力缠绕厚度。最后,对身管模型开展了大张力缠绕实验,测试了大张力缠绕过程中身管内部结构压缩应变与缠绕厚度之间的关系。对缠绕完成的身管模型开展斥力实验,测试了身管内部结构的压缩应变与身管内腔加载斥力大小之间的关系,将两者测试结果分别与有限元仿真结果对比,验证了大张力缠绕结构有限元仿真方法的正确性。
惠鹏[10](2018)在《大张力缠绕碳纤维复合材料飞轮转子结构设计研究》文中研究说明复合材料飞轮储能系统具有储能密度高、质量轻、效率高、寿命长、无污染等特点,从众多储能技术中脱颖而出。碳纤维复合材料具有较高的比强度、比刚度以及不产生高频涡流损耗等特点,成为制作飞轮转子轮缘的首选材料。无张力缠绕工艺制作的复合材料飞轮转子径向强度较低,无法充分发挥复合材料高比强度的特性。多环过盈装配技术能够有效改善转子径向应力分布,但机加工和过盈装配极易导致复合材料层产生损伤、开裂、毛刺、崩块及分层等缺陷。大张力缠绕成型技术不仅能改善飞轮转子径向应力分布,还能避免装配工艺对复合材料层的损伤。因此,研究大张力缠绕技术制备高性能复合材料飞轮转子具有重要的意义。本文针对高速飞轮转子对材料的要求选择合适的材料,测试了铝合金、环氧树脂浇铸体以及三种类型纤维与树脂复合后的基本力学性能,为解析分析和数值仿真分析提供基本的材料参数。基于平面应力假设建立了轴对称飞轮转子的解析模型,推导出大张力缠绕成型过程和高速旋转时飞轮转子的应力应变表达式。分析了在30000 RPM工作转速下张力制度、材料搭配和材料厚度分配对转子应力分布的影响,确定了最佳张力制度和三种复合材料层的厚度。借助ANSYS有限元软件建立复合材料飞轮转子三维模型,采用等效温度场法模拟缠绕张力,采用单元生死法和重启动技术实现逐层缠绕和分层固化,创建接触单元保证径向应力的有效传递。分析了制备过程和高速旋转时转轴和轮毂的等效应力分布及各材料接触面的压应力分布。针对初始设计方案存在的不足,优化轮毂结构及改进转轴和轮毂的连接方式来改善飞轮转子应力分布。综合解析分析和数值仿真分析结果,获得了飞轮转子的最佳结构和缠绕工艺参数。该复合材料飞轮转子的工作转速下的储能密度为49.7 Wh/kg。采用大张力缠绕技术制备了四个薄壁复合材料飞轮转子试验件,使用应变片和薄膜压力传感器测试了制备过程轮毂径向应变及轮毂和轮缘接触面的压应力变化趋势。得到的测试值与解析值及仿真值基本一致,本文建立的有限元模型具有较高的准确性,适用于大张力缠绕复合材料飞轮转子数值仿真分析。最后,依据飞轮转子几何结构和工艺参数制备了复合材料飞轮转子样件。
二、纤维缠绕圆筒复合材料固化成型过程机理模型(上)(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、纤维缠绕圆筒复合材料固化成型过程机理模型(上)(论文提纲范文)
(1)基于切割槽法的复合材料固化残余应力测量研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题研究背景和研究的目的和意义 |
1.2 复合材料残余应力的产生机理和测量方法 |
1.2.1 复合材料残余应力产生机理 |
1.2.2 复合材料残余应力测量方法 |
1.3 国内外研究现状 |
1.4 本文的研究内容和意义 |
2 复合材料残余应力测量原理与固化成型理论基础 |
2.1 引言 |
2.2 固化成型理论基础 |
2.3 残余应力测量原理 |
2.3.1 增量切割法原理 |
2.3.2 应变响应计算应力原理 |
2.3.3 位移响应计算应力原理 |
2.4 本章小结 |
3 切割槽位置对残余应力测量精度的影响 |
3.1 引言 |
3.2 复合材料-金属层合构件残余应力测量试验 |
3.2.1 试验材料和试验设备 |
3.2.2 试验方法 |
3.2.3 试验测量结果 |
3.3 基于有限元方法的最佳切割槽位置预测 |
3.3.1 有限元模型的构建 |
3.3.2 最佳切割位置的预测 |
3.3.3 最佳切割位置参数化研究 |
3.4 本章小结 |
4 重力因素对残余应力测量精度的影响 |
4.1 引言 |
4.2 大型复合材料-金属层合板件增量切割试验 |
4.2.1 试验材料和试验设备 |
4.2.2 试验方法 |
4.2.3 试验测量结果 |
4.3 基于有限元方法的重力因素影响探究 |
4.3.1 有限元模型的构建 |
4.3.2 重力因素对测量精度影响的参数化研究 |
4.4 本章小结 |
5 切割槽间距对残余应力测量精度的影响 |
5.1 引言 |
5.2 基于有限元方法的重复切分安全距离预测 |
5.3 重复切分安全距离探究试验 |
5.4 重复切分安全距离参数化研究 |
5.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(2)基于形状记忆聚合物的复合材料芯模设计(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题组研究的目的和意义 |
1.2 形状记忆聚合物及模具的研究现状 |
1.2.1 形状记忆聚合物主动变形原理 |
1.2.2 形状记忆聚合物种类 |
1.2.3 适用于复杂结构的模具研究 |
1.2.4 形状记忆复合材料研究 |
1.3 复合型形状记忆芯模设计难点 |
1.4 主要研究内容 |
第二章 弹性纤维增强形状记忆聚合物复合材料的优化设计 |
2.1 引言 |
2.2 形状记忆聚合物本构理论 |
2.3 形状记忆聚合物的力学性能分析 |
2.3.1 弹性纤维复合材料拉伸模量 |
2.3.2 弹性纤维复合材料的拉伸强度 |
2.4 弹性纤维复合型聚合物结构优化 |
2.4.1 弹性纤维复合型聚合物结优化方法 |
2.4.2 聚合物材料参数确定 |
2.4.3 遗传算法优化 |
2.5 仿真验证 |
2.6 本章小结 |
第三章 弹性纤维增强形状记忆聚合物复合材料芯模的赋形过程仿真分析 |
3.1 引言 |
3.2 复合材料芯模的建模 |
3.3 复合材料芯模吹塑仿真 |
3.3.1 菱形弹性纤维复合型芯模 |
3.3.2 方形弹性纤维复合型芯模 |
3.3.3 纯形状记忆聚合物芯模 |
3.3.4 力学性能对比 |
3.4 吹塑气压对芯模赋形的影响 |
3.5 吹塑气压对R角赋形的影响 |
3.6 本章小结 |
第四章 弹性纤维增强形状记忆聚合物复合材料芯模回复过程分析 |
4.1 引言 |
4.2 芯模吹塑循环过程仿真模拟 |
4.3 形状记忆芯模制作 |
4.4 形状固定率测试 |
4.5 芯模回复过程验证 |
4.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
(3)基于碳纳米管纸复合材料雷电防护结构的设计及性能表征(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 雷电防护概述 |
1.2.1 飞机遭受雷击的过程 |
1.2.2 复合材料的雷击损伤研究 |
1.2.3 现有的飞机雷电防护方法 |
1.3 碳纳米管纸概述 |
1.3.1 碳纳米管纸的制备方法 |
1.3.2 碳纳米管纸的性能 |
1.4 碳纳米管纸复合材料及应用 |
1.4.1 碳纳米管纸复合材料的分类 |
1.4.2 碳纳米管纸复合材料的应用 |
1.5 本文主要研究内容 |
第2章 试验材料及实验方法 |
2.1 试验材料与制备设备 |
2.2 碳纳米管纸材料的制备 |
2.2.1 碳纳米管悬浊液抽滤法制备碳纳米管纸 |
2.2.2 化学交联法制备交联碳纳米管纸 |
2.2.3 电泳沉积法制备银修饰碳纳米管纸 |
2.3 基于碳纳米管纸的复合材料的制备 |
2.3.1 CNT/PAN复合薄膜的制备 |
2.3.2 基于碳纳米管纸的CFRP复合材料的制备 |
2.4 主要测试表征方法 |
2.4.1 微观形貌的表征 |
2.4.2 成分及物相的表征 |
2.4.3 孔径分布及表面性能的表征 |
2.4.4 热重分析测试 |
2.4.5 导电性能测试 |
2.4.6 力学性能测试 |
2.4.7 红外热成像测试 |
2.4.8 超声波无损检测 |
2.4.9 模拟雷击测试 |
第3章 碳纳米管纸材料的制备及其性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 碳纳米管纸的形貌及基本性能表征 |
3.2.1 碳纳米管纸的宏观与微观形貌分析 |
3.2.2 碳纳米管纸的分子结构分析 |
3.2.3 碳纳米管纸的孔径分布及表面性能分析 |
3.2.4 碳纳米管纸的热重分析 |
3.2.5 碳纳米管纸的力学性能分析 |
3.2.6 碳纳米管纸的导电性能分析 |
3.2.7 碳纳米管纸的电磁屏蔽性能分析 |
3.3 CNT/PAN复合薄膜的制备及性能表征 |
3.3.1 CNT/PAN复合薄膜的设计思路 |
3.3.2 CNT/PAN复合薄膜的微观形貌分析 |
3.3.3 CNT/PAN复合薄膜的导电性能分析 |
3.3.4 CNT/PAN复合薄膜的力学性能分析 |
3.3.5 CNT/PAN复合薄膜的电磁屏蔽性能分析 |
3.4 交联碳纳米管纸的制备及表征 |
3.4.1 交联碳纳米管纸的设计思路 |
3.4.2 交联碳纳米管纸的微观形貌表征 |
3.4.3 交联碳纳米管纸的力学性能及导电性能表征与分析 |
3.4.4 交联碳纳米管纸的树脂浸润性能分析 |
3.5 银修饰碳纳米管纸的形貌及基本性能表征 |
3.5.1 银修饰碳纳米管纸的微观形貌分析 |
3.5.2 银修饰碳纳米管纸的基本属性及导电性能 |
3.5.3 银修饰碳纳米管纸的物相分析 |
3.5.4 银修饰碳纳米管纸的孔径分布与表面性能分析 |
3.5.5 银修饰碳纳米管纸的热重分析 |
3.5.6 银修饰碳纳米管纸的力学性能分析 |
3.5.7 银修饰碳纳米管纸的电磁屏蔽性能分析 |
3.6 本章小结 |
第4章 SMBP导电防护结构的雷电防护性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 SMBP/CFRP复合材料的制备及形貌表征 |
4.2.1 材料的结构设计与制备 |
4.2.2 SMBP/CFRP复合材料的形貌分析 |
4.3 SMBP/CFRP复合材料的雷电防护性能分析 |
4.3.1 雷击后SMBP/CFRP复合材料的形貌分析 |
4.3.2 雷击后SMBP/CFRP复合材料的抗压强度分析 |
4.3.3 雷击过程中SMBP/CFRP复合材料非雷击面的温度变化分析 |
4.3.4 雷击后SMBP防护结构的成分及物相变化分析 |
4.4 SMBP导电防护结构的雷电防护机理分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 SMBP-CF/PF导电-耗热防护结构的雷电防护性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 CF/PF预浸料的制备及特性表征 |
5.2.1 CF/PF预浸料的制备 |
5.2.2 CF/PF预浸料固化后的微观形貌分析 |
5.2.3 CF/PF预浸料固化后的热重分析 |
5.3 SMBP-CF/PF-CFRP复合材料的制备及形貌表征 |
5.3.1 材料的结构设计与制备 |
5.3.2 SMBP-CF/PF-CFRP复合材料形貌分析 |
5.4 SMBP-CF/PF-CFRP复合材料的雷电防护性能分析 |
5.4.1 雷击后SMBP-CF/PF-CFRP复合材料的形貌分析 |
5.4.2 雷击后SMBP-CF/PF-CFRP复合材料的抗压强度分析 |
5.4.3 雷击过程中SMBP-CF/PF-CFRP复合材料非雷击面的温度变化分析 |
5.5 SMBP-CF/PF复合防护结构的雷电防护机理分析 |
5.6 本章小结 |
第6章 SMBP-CF/PF-Al_2O_3 导电-耗热-隔热防护结构的雷电防护性能研究 |
6.1 引言 |
6.2 SMBP-CF/PF-Al_2O_3-CFRP复合材料的制备及表征 |
6.2.1 材料的结构设计与制备 |
6.2.2 CF/PF-Al_2O_3 防护结构的热重分析 |
6.2.3 SMBP-CF/PF-Al_2O_3-CFRP形貌分析 |
6.3 SMBP-CF/PF-Al_2O_3/PI-CFRP复合材料的制备及表征 |
6.3.1 PI静电纺丝薄膜的制备 |
6.3.2 PI静电纺丝薄膜的微观形貌分析 |
6.3.3 Al_2O_3/PI复合薄膜的制备 |
6.3.4 Al_2O_3/PI复合薄膜的表征 |
6.3.5 SMBP-CF/PF-Al_2O_3/PI-CFRP复合材料的制备及形貌分析 |
6.4 导电-耗热-隔热功能复合雷电防护结构的雷电防护性能分析 |
6.4.1 雷击后导电-耗热-隔热功能雷电防护复合材料的形貌分析 |
6.4.2 雷击后导电-耗热-隔热功能雷电防护复合材料的抗压强度分析 |
6.4.3 雷击过程中导电-耗热-隔热功能雷电防护复合材料非雷击面的温度变化分析 |
6.5 导电-耗热-隔热防护结构的雷电防护机理分析 |
6.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间所发表的学术论文 |
致谢 |
个人简历 |
(4)变刚度复合材料固化变形及残余应力研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 复合材料固化残余应力及变形研究现状 |
1.2.1 复合材料固化残余应力检测技术 |
1.2.2 复合材料固化过程及残余应力研究现状 |
1.2.3 复合材料固化变形研究现状 |
1.3 固化残余应力的影响因素 |
1.3.1 内在因素 |
1.3.2 外在因素 |
1.4 变刚度复合材料成型工艺 |
1.4.1 变刚度复合材料简介 |
1.4.2 复合材料自动铺放技术 |
1.4.3 热压罐成型工艺 |
1.5 选题依据、研究内容及创新点 |
1.5.1 选题依据 |
1.5.2 研究内容 |
1.5.3 论文创新点 |
第2章 复合材料固化行为仿真性能参数研究 |
2.1 引言 |
2.2 热传导-固化模块 |
2.2.1 固化动力学模型 |
2.2.2 动力学三因子的求解 |
2.2.3 传热学基本方程 |
2.2.4 导热系数 |
2.3 位移-应力模块 |
2.3.1 树脂的本构方程 |
2.3.2 热膨胀系数 |
2.3.3 树脂固化收缩 |
2.4 EM112 预浸料非等温固化动力学方程 |
2.4.1 实验方法 |
2.4.2 结果与讨论 |
2.5 本章小结 |
第3章 变刚度复合材料线型研究 |
3.1 引言 |
3.2 纤维铺放轨迹规划 |
3.2.1 纤维取向角的线性变化 |
3.2.2 三次函数线型 |
3.2.3 三次函数等高线线型 |
3.2.4 流线线型 |
3.2.5 常曲率线型 |
3.2.6 二次贝塞尔曲线线型 |
3.2.7 多项式纤维线型 |
3.3 变刚度铺层的构建方法 |
3.3.1 平行法 |
3.3.2 平移法 |
3.4 变刚度层合板的平衡性 |
3.5 本章小结 |
第4章 变刚度平板固化变形及残余应力研究 |
4.1 引言 |
4.2 变刚度复合材料材料参数获取 |
4.2.1 变刚度层合板本构模型 |
4.2.2 自洽模型 |
4.3 ABAQUS参数化建模及用户子程序 |
4.3.1 ABAQUS参数化建模 |
4.3.2 ABAQUS用户子程序 |
4.4 变刚度复合材料平板有限元研究 |
4.4.1 AS4/3501 预浸料变刚度平板分析 |
4.4.2 EM112 预浸料变刚度平板分析 |
4.5 变刚度层合板试验分析 |
4.5.1 变刚度复合材料试样制备 |
4.5.2 固化成型温度及应变监测 |
4.5.3 固化变形分析 |
4.6 本章小结 |
第5章 变刚度L型结构固化变形及残余应力研究 |
5.1 引言 |
5.2 树脂模量 |
5.3 计算回弹角的解析法 |
5.4 有限元模型建立 |
5.5 结果与讨论 |
5.5.1 纤维角度的影响 |
5.5.2 拐角半径的影响 |
5.5.3 板厚的影响 |
5.5.4 翼缘长度的影响 |
5.6 本章小结 |
第6章 变刚度圆管固化变形及残余应力研究 |
6.1 引言 |
6.2 变刚度圆管纤维轨迹 |
6.3 有限元分析模型建立 |
6.4 结果与讨论 |
6.4.1 圆管内径的影响 |
6.4.2 铺放角度的影响 |
6.4.3 圆管壁厚的影响 |
6.5 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
附录A 复合材料开孔层合板Python建模 |
附录B 变刚度层合板Python建模 |
致谢 |
参考文献 |
博士期间发表学术成果 |
(5)复合材料压力容器爆破压强与材料基本力学性能关联研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题的背景及研究的目的和意义 |
1.1.1 课题背景 |
1.1.2 课题的目的和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 压力容器使用材料研究现状 |
1.2.2 压力容器爆破性能研究现状 |
1.2.3 压力容器损伤破坏研究现状 |
1.2.4 压力容器封头的研究现状 |
1.2.5 压力容器缠绕参数研究现状 |
1.3 国内外研究现状简析 |
1.4 本文主要研究内容 |
第2章 实验材料和实验方法 |
2.1 实验材料与实验设备 |
2.1.1 实验材料 |
2.1.2 实验设备 |
2.2 材料分析测试方法 |
2.2.1 材料体系动态接触角测试 |
2.2.2 材料体系界面性能表征 |
2.2.3 材料力学性能测试方法 |
第3章 材料体系基本性能表征 |
3.1 引言 |
3.2 复合材料体系界面性能表征 |
3.2.1 复合材料体系动态接触角测试 |
3.2.2 复合材料体系微脱粘测试 |
3.3 复合材料体系力学性能表征 |
3.3.1 复合材料力学性能测试件的制备 |
3.3.2 复合材料力学性能测试 |
3.3.3 复合材料体系力学性能测试破坏形式分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 复合材料压力容器爆破压强分析 |
4.1 引言 |
4.2 复合材料压力容器有限元模型的建立 |
4.2.1 复合材料压力容器铺层设计 |
4.2.2 复合材料压力容器模型的建立 |
4.3 复合材料压力容器有限元分析求解 |
4.4 有限元分析求解结果分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 复合材料压力容器爆破性能验证 |
5.1 引言 |
5.2 复合材料压力容器的制备 |
5.3 复合材料爆破性能测试 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
附录 |
致谢 |
(6)大容积钢内胆复合材料气瓶爆破压力分析及渐进损伤模拟(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号说明 |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 长管拖车概述 |
1.2.1 发展现状 |
1.2.2 未来趋势 |
1.2.3 设计标准体系 |
1.3 复合材料气瓶概述 |
1.3.1 气瓶分类 |
1.3.2 复合材料气瓶特点 |
1.3.3 复合材料气瓶成型工艺 |
1.3.4 复合材料气瓶失效形式 |
1.4 含缺陷复合材料气瓶国内外研究现状 |
1.4.1 国外研究现状 |
1.4.2 国内研究现状 |
1.5 研究意义及内容 |
1.5.1 课题来源 |
1.5.2 研究意义 |
1.5.3 研究内容 |
2 复合材料气瓶数值模型建立及强度分析 |
2.1 ANSYS ACP功能介绍 |
2.2 生死单元介绍 |
2.3 复合材料气瓶数值模型建立 |
2.3.1 几何模型 |
2.3.2 材料模型 |
2.3.3 网格划分 |
2.3.4 载荷与边界条件 |
2.3.5 铺层设置 |
2.3.6 缺陷设置 |
2.4 无缺陷气瓶应力分析 |
2.5 含缺陷气瓶应力分析 |
2.5.1 应力分布 |
2.5.2 应力大小 |
2.6 本章小结 |
3 含缠绕层表面缺陷复合材料气瓶爆破压力分析 |
3.1 复合材料失效准则 |
3.1.1 失效模式无关准则 |
3.1.2 失效模式相关准则 |
3.2 复合材料气瓶爆破压力分析 |
3.2.1 基于最大应变准则 |
3.2.2 基于最大应力准则 |
3.2.3 两者对比 |
3.2.4 试验验证 |
3.3 缺陷参数对气瓶爆破压力影响 |
3.3.1 缺陷深度对气瓶爆破压力影响 |
3.3.2 缺陷面积对气瓶爆破压力影响 |
3.3.3 缺陷位置对气瓶爆破压力影响 |
3.4 本章小结 |
4 复合材料气瓶渐进损伤分析 |
4.1 引言 |
4.2 复合材料气瓶渐进损伤分析 |
4.2.1 塑性失稳 |
4.2.2 程序发散法 |
4.2.3 渐进损伤失效模型 |
4.2.4 结果与讨论 |
4.3 本章小结 |
5 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
(7)碳纤维缠绕Ⅳ型复合材料压力容器的结构设计与研制(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 概述 |
1.1.1 复合材料纤维缠绕技术 |
1.1.2 纤维缠绕复合材料压力容器 |
1.2 研究背景及意义 |
1.2.1 研究背景 |
1.2.2 研究意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 国内研究现状 |
1.3.2 国外研究现状 |
1.3.3 目前存在的主要问题 |
1.4 论文主要研究内容 |
第2章 碳纤维缠绕Ⅳ复合材料压力容器的设计基础 |
2.1 复合材料力学分析基础 |
2.1.1 各向异性弹性力学基本方程 |
2.1.2 单层板的正轴与偏轴刚度 |
2.1.3 复合材料压力容器筒身段层合板理论 |
2.2 网格理论 |
2.2.1 网格理论设计思路 |
2.2.2 筒身段网格理论 |
2.2.3 封头段网格理论 |
2.3 复合材料压力容器强度准则 |
2.4 数值分析方法 |
2.4.1 有限单元法 |
2.4.2 ABAQUS与复合材料压力容器分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 Ⅳ型内衬的稳定性分析与缠绕张力设计 |
3.1 内衬屈曲力学模型 |
3.2 特征屈曲与后屈曲分析基础 |
3.2.1 特征值法 |
3.2.2 Riks法 |
3.3 Ⅳ型内衬稳定性有限元分析 |
3.3.1 内衬尺寸与材料 |
3.3.2 特征屈曲有限元分析 |
3.3.3 后屈曲有限元分析 |
3.4 基于屈曲分析结果的缠绕张力设计 |
3.5 本章小结 |
第4章 碳纤维缠绕Ⅳ型复合材料压力容器的结构设计 |
4.1 基于网格理论的缠绕层设计 |
4.2 三次样条函数预测封头厚度 |
4.3 缠绕线型的设计与仿真 |
4.3.1 线型设计 |
4.3.2 缠绕线型仿真 |
4.4 本章小结 |
第5章 碳纤维缠绕Ⅳ型复合材料压力容器的强度分析与结构优化 |
5.1 基于设计参数的压力容器精准建模 |
5.2 材料参数 |
5.3 有限元分析模型 |
5.3.1 单元选择与网格划分 |
5.3.2 载荷与边界条件 |
5.4 结果分析与讨论 |
5.4.1 工作压强下结构力学响应分析 |
5.4.2 爆破压强与失效位置预测 |
5.5 结构优化 |
5.5.1 扩孔缠绕 |
5.5.2 封头帽补强 |
5.6 本章小结 |
第6章 碳纤维缠绕Ⅳ型复合材料压力容器的成型 |
6.1 数控纤维缠绕机 |
6.1.1 主轴与导丝头 |
6.1.2 浸胶系统 |
6.1.3 张力系统 |
6.2 压力容器缠绕成型 |
6.3 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间学术成果 |
(8)火箭发动机氧化剂贮箱端盖结构预浸纤维铺放技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 无内衬复合材料氧化剂贮箱成型技术概述 |
1.2.1 复合材料压力容器成型工艺 |
1.2.2 机器人纤维铺放装备 |
1.2.3 机器人纤维铺放CAD/CAM技术 |
1.3 铺放工艺过程与制品性能研究现状 |
1.3.1 复合材料制品性能研究现状 |
1.3.2 成型工艺参数作用机制研究现状 |
1.3.3 成型工艺参数优化研究现状 |
1.4 课题来源与研究目标 |
1.4.1 课题来源 |
1.4.2 研究目标 |
1.5 研究内容与章节安排 |
第二章 氧化剂贮箱端盖铺放成型工艺及装备系统 |
2.1 引言 |
2.2 无内衬氧化剂贮箱压力容器设计 |
2.2.1 固液混合火箭及发动机整体布局 |
2.2.2 氧化剂贮箱压力容器设计标准 |
2.2.3 无内衬氧化剂贮箱结构设计 |
2.3 氧化剂贮箱端盖机器人纤维铺放工艺过程 |
2.3.1 纤维铺放设备与材料 |
2.3.2 铺层角度设计 |
2.3.3 单次铺放丝束数量设计 |
2.3.4 基于最大应变准则的铺层层数设计 |
2.3.5 铺放工艺流程 |
2.4 端盖机器人纤维铺放系统 |
2.4.1 端盖芯模支撑随动机构设计 |
2.4.2 端盖芯模支撑随动机构运动学分析 |
2.4.3 铺放芯模支撑随动机构动力学分析 |
2.5 本章小结 |
第三章 恒工艺参数与制品层间剪切强度映射模型建立 |
3.1 引言 |
3.2 机器人纤维铺放工艺过程 |
3.3 恒工艺参数与层间剪切强度映射模型 |
3.3.1 实验规划 |
3.3.2 制品层间剪切强度检测 |
3.3.3 恒工艺参数与层间剪切强度映射模型建立与分析 |
3.4 工艺参数耦合对层间剪切强度的影响规律 |
3.4.1 铺放压力与铺放速度耦合对层间剪切强度的影响 |
3.4.2 热气炬温度与铺放速度耦合对层间剪切强度的影响 |
3.4.3 热气炬温度与铺放压力耦合对层间剪切强度的影响 |
3.5 本章小结 |
第四章 工艺参数对层间结合度的多层作用机理模型建立 |
4.1 引言 |
4.2 多层压力分布模型 |
4.2.1 压辊变形分析 |
4.2.2 压辊压应力分布 |
4.2.3 多层铺放压力分析 |
4.3 多层温度分布模型 |
4.3.1 树脂温度粘度模型 |
4.3.2 预浸纤维铺放加热过程分析及建模 |
4.4 机器人纤维铺放层间结合模型 |
4.4.1 紧密接触过程 |
4.4.2 热融合过程 |
4.5 本章小结 |
第五章 机器人纤维铺放层间结合度均匀性研究 |
5.1 引言 |
5.2 沿厚度方向层间结合均匀性研究 |
5.2.1 恒工艺铺放制品层间结合度分布规律 |
5.2.2 铺放工艺参数的单因素影响机制 |
5.2.3 铺放工艺参数的多因素耦合影响机制 |
5.2.4 厚度方向层间结合均匀性优化实验 |
5.3 纤维转向沿铺放宽度方向层间结合均匀性研究 |
5.3.1 纤维波纹分析 |
5.3.2 各丝束层间结合度分析 |
5.3.3 各丝束层间结合度均匀性优化实验 |
5.4 本章小结 |
第六章 氧化剂贮箱端盖机器人纤维铺放实验研究 |
6.1 引言 |
6.2 氧化剂贮箱端盖机器人纤维铺放成型 |
6.2.1 成型工艺参数 |
6.2.2 端盖铺放成型 |
6.2.3 端盖固化与脱模 |
6.3 端盖铺放制品质量检测 |
6.3.1 端盖铺层截面检测 |
6.3.2 端盖铺层层间剪切强度测试实验 |
6.4 静水压力测试 |
6.4.1 试验件处理 |
6.4.2 压力试验结果 |
6.5 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 工作总结 |
7.2 论文创新点 |
7.3 工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况 |
(9)大张力缠绕复合材料身管的力学分析与结构优化(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
主要符号对照表 |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 相关国内外研究概述 |
1.2.1 复合材料身管研究 |
1.2.2 纤维缠绕技术研究 |
1.2.3 存在的主要问题 |
1.3 本文主要的研究内容 |
第2章 纤维缠绕基本原理及其力学模型 |
2.1 纤维缠绕基本原理 |
2.1.1 纤维缠绕成型工艺 |
2.1.2 纤维缠绕规律 |
2.2 复合材料力学分析基础 |
2.2.1 复合材料层合板假设 |
2.2.2 复合材料层合板理论 |
2.2.3 复合材料强度准则 |
2.3 有限元分析方法 |
2.3.1 有限元分析使用单元简介 |
2.3.2 纤维预应力的施加方法 |
2.3.3 单元生死的模拟策略 |
2.3.4 接触单元的应用 |
2.3.4.1 接触分类 |
2.3.4.2 接触单元选择 |
第3章 材料基本力学性能参数测试 |
3.1 纤维材料种类 |
3.2 树脂材料种类 |
3.3 选定复合体系的基本力学性能测试 |
3.3.1 不同缠绕张力单向板的制作 |
3.3.2 力学性能测试标准试样的制备 |
3.3.3 力学性能测试标准试样的测试 |
3.4 本章小结 |
第4章 大张力缠绕理论解析研究 |
4.1 大张力缠绕纤维复合材料力学分析 |
4.1.1 大张力缠绕应力场分析假设 |
4.1.2 芯模应力分析与边界径向刚度 |
4.1.3 缠绕层应力场的计算 |
4.1.4 外层缠绕对内层的影响 |
4.1.5 缠绕层剩余张力分析 |
4.2 缠绕层剩余应力数值分析 |
4.2.1 恒定缠绕张力模型 |
4.2.2 恒定缠绕力矩模型 |
4.2.3 锥度张力模型 |
4.2.3.1 线性锥度张力模型 |
4.2.3.2 双曲锥度张力模型 |
4.2.4 等剩余应力模型 |
4.2.4.1 等剩余应力的迭代搜索 |
4.2.4.2 等剩余应力模型的嵌套迭代搜索 |
4.3 身管缠绕张力制度的确定 |
4.4 有限元算例对比验证 |
4.4.1 验证模型的建立 |
4.4.1.1 几何模型的建立 |
4.4.1.2 有限元的划分 |
4.4.1.3 接触单元的建立 |
4.4.1.4 边界条件的确定 |
4.4.2 验证模型有限元计算结果及分析 |
4.4.3 有限元计算结果与解析计算结果的对比 |
4.5 本章小结 |
第5章 身管样件有限元仿真 |
5.1 身管模型力学分析与研究目的 |
5.2 分层固化工艺对有限元仿真的影响 |
5.2.1 分层固化工艺 |
5.2.2 分层固化工艺对接触成型压力的影响 |
5.2.3 分层固化工艺的有限元仿真方法 |
5.3 身管样件的有限元分析基础 |
5.3.1 身管样件简介 |
5.3.2 身管样件有限元模型建立 |
5.3.2.1 几何模型的建立 |
5.3.2.2 身管有限元的划分 |
5.3.2.3 接触单元的建立 |
5.3.2.4 边界条件的确定 |
5.4 身管样件的有限元仿真 |
5.4.1 缠绕层应力分布与支撑体压缩应变 |
5.4.2 分层固化阶段的仿真分析 |
5.4.3 大张力缠绕结构优化设计 |
5.4.4 身管成型样件强度校核 |
5.5 本章小结 |
第6章 大张力缠绕身管样件的制备 |
6.1 大张力缠绕实验装置 |
6.2 大张力缠绕实验工艺特点 |
6.3 大张力缠绕实验过程 |
6.4 本章小结 |
第7章 大张力缠绕身管样件的测试 |
7.1 测试项目 |
7.2 测试仪器 |
7.2.1 电阻应变片 |
7.2.2 无线静态应变采集器 |
7.2.3 温度补偿片 |
7.3 身管大张力缠绕工艺测试 |
7.3.1 身管大张力缠绕工艺测试关键点 |
7.3.2 身管大张力缠绕工艺测试方法 |
7.3.3 大张力缠绕工艺测试数据分析 |
7.4 身管样件性能测试 |
7.4.1 身管样件斥力实验原理 |
7.4.2 身管样件斥力实验 |
7.4.3 身管样件斥力实验测试数据分析 |
7.5 误差分析 |
第8章 总结与展望 |
8.1 总结 |
8.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间的学术成果 |
(10)大张力缠绕碳纤维复合材料飞轮转子结构设计研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
主要符号对照表 |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 飞轮储能系统概述 |
1.2.1 飞轮储能系统的工作原理及构造 |
1.2.2 飞轮储能系统的应用领域 |
1.2.3 复合材料飞轮转子成型技术 |
1.3 大张力缠绕成型技术 |
1.4 飞轮转子的研究现状 |
1.4.1 国外研究现状 |
1.4.2 国内研究现状 |
1.4.3 存在的主要问题 |
1.5 论文主要内容与研究思路 |
1.5.1 研究内容 |
1.5.2 研究思路 |
第2章 材料选择与力学性能测试 |
2.1 飞轮转子对材料的要求 |
2.2 合金钢和铝合金 |
2.3 环氧树脂 |
2.4 玻璃纤维和碳纤维 |
2.5 实验仪器和设备 |
2.6 铝合金基本力学性能测试 |
2.7 复合材料基本力学性能测试 |
2.7.1 环氧树脂浇铸体的制备与力学性能测试 |
2.7.2 复合材料热膨胀系数的测定 |
2.7.3 复合材料试样的制备与力学性能测试 |
2.8 本章小结 |
第3章 大张力缠绕飞轮转子应力应变解析分析 |
3.1 复合材料力学分析基础 |
3.1.1 各向异性弹性力学基本方程 |
3.1.2 正交各向异性材料的工程弹性常数 |
3.2 复合材料飞轮转子在离心载荷下的应力应变分析 |
3.2.1 转轴与轮毂应力应变分析 |
3.2.2 复合材料缠绕层应力分析 |
3.3 大张力缠绕过程中转子应力应变分析 |
3.3.1 转轴与轮毂应力应变分析 |
3.3.2 复合材料缠绕层应力应变分析 |
3.3.3 缠绕过程转子应力应变分析 |
3.4 复合材料飞轮转子强度准则 |
3.5 张力缠绕飞轮转子解析模型验证 |
3.6 张力制度对飞轮转子应力的影响 |
3.7 材料搭配对飞轮转子应力的影响 |
3.8 材料厚度分布对飞轮转子应力的影响 |
3.9 本章小结 |
第4章 飞轮转子数值仿真分析与结构优化 |
4.1 飞轮转子有限元模型 |
4.1.1 几何模型的创建 |
4.1.2 单元类型的选择 |
4.1.3 接触条件的设置 |
4.1.4 缠绕张力的施加 |
4.1.5 单元生死法的应用 |
4.1.6 分层固化的实现 |
4.2 复合材料飞轮转子应力分布 |
4.3 铝合金轮毂结构的优化 |
4.4 转轴和轮毂连接方式的优化 |
4.5 本章小结 |
第5章 大张力缠绕复合材料飞轮转子样件实验 |
5.1 大张力缠绕成型工艺 |
5.1.1 数控缠绕机 |
5.1.2 大张力缠绕工艺关键点 |
5.2 复合材料飞轮转子成型工艺过程 |
5.3 本章小结 |
第6章 飞轮转子轮毂应变及材料接触面压应力测试 |
6.1 轮毂应变与材料接触面压应力测试 |
6.1.1 薄膜压力传感器及测试系统 |
6.1.2 压力传感器标定 |
6.1.3 应力应变测试关键点 |
6.1.4 轮毂径向应变与材料接触面压应力测试 |
6.2 有限元模型准确性验证 |
6.3 本章小结 |
第7章 总结和展望 |
7.1 总结 |
7.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间学术成果 |
四、纤维缠绕圆筒复合材料固化成型过程机理模型(上)(论文参考文献)
- [1]基于切割槽法的复合材料固化残余应力测量研究[D]. 张博添. 大连理工大学, 2021(01)
- [2]基于形状记忆聚合物的复合材料芯模设计[D]. 刘扬. 哈尔滨工业大学, 2020(02)
- [3]基于碳纳米管纸复合材料雷电防护结构的设计及性能表征[D]. 夏乾善. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [4]变刚度复合材料固化变形及残余应力研究[D]. 张桂明. 武汉理工大学, 2019(01)
- [5]复合材料压力容器爆破压强与材料基本力学性能关联研究[D]. 季文婧. 哈尔滨工业大学, 2019(02)
- [6]大容积钢内胆复合材料气瓶爆破压力分析及渐进损伤模拟[D]. 王浩. 太原理工大学, 2019(08)
- [7]碳纤维缠绕Ⅳ型复合材料压力容器的结构设计与研制[D]. 陈旦. 武汉理工大学, 2019(07)
- [8]火箭发动机氧化剂贮箱端盖结构预浸纤维铺放技术研究[D]. 赵盼. 西北工业大学, 2019
- [9]大张力缠绕复合材料身管的力学分析与结构优化[D]. 汪洋. 武汉理工大学, 2018(07)
- [10]大张力缠绕碳纤维复合材料飞轮转子结构设计研究[D]. 惠鹏. 武汉理工大学, 2018(07)