平流層飛艇蒙皮材料撕裂性能研究.pdf

1、平流層飛艇是一種運(yùn)行在20km左右高空的可控飛行器，具有長期定點(diǎn)駐空、載荷量大、重復(fù)使用等特點(diǎn)，在軍民領(lǐng)域都有重要應(yīng)用前景。作為飛艇重要組成部分，蒙皮材料具有高強(qiáng)輕質(zhì)、低氦滲漏、耐低溫等特點(diǎn)。然而蒙皮材料在制作或安裝使用過程中易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷或造成撕裂損傷，將影響飛艇的使用、安全及壽命。本文對一種新型平流層飛艇蒙皮材料的撕裂力學(xué)特性進(jìn)行了研究。首先研究了蒙皮材料試件夾持段的加固方法，再進(jìn)行單軸拉伸試驗(yàn)得到了材料基本力學(xué)參數(shù)；接著進(jìn)行單雙軸

2、中心切縫撕裂試驗(yàn)，研究了四種因素對蒙皮材料撕裂性能的影響；最后采用撕裂理論對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。具體內(nèi)容如下：
　　首先，蒙皮材料在拉伸過程中常出現(xiàn)夾持段斷裂或滑移，因此選用三種加固材料、六種粘結(jié)劑對試件夾持段進(jìn)行加固處理。結(jié)果表明，加固材料選鋁片，粘結(jié)劑選3M膠為最優(yōu)加固方案。對雙軸撕裂試驗(yàn)試件夾持段進(jìn)行了加固處理，結(jié)果表明加固方案有效可行。然后對加固后的蒙皮材料進(jìn)行了單軸拉伸試驗(yàn)，并對應(yīng)力應(yīng)變曲線進(jìn)行三段式擬合得到了材料基本力

3、學(xué)參數(shù)。
　　其次，對蒙皮材料進(jìn)行了單軸和雙軸中心切縫撕裂試驗(yàn)。單軸試驗(yàn)中選取加載速度、切縫長度和角度三個(gè)變量，采用單一變量法對蒙皮材料撕裂性能和破壞形態(tài)進(jìn)行研究；雙軸試驗(yàn)則采用正交分解法，研究切縫長度、角度及經(jīng)緯向荷載比的影響。結(jié)果表明試件破壞類型有“一”型和“Z”型且切縫都沿紗線方向擴(kuò)展，雙軸試驗(yàn)還存在傳力肢斷裂的破壞類型。單軸試驗(yàn)表明，在本文加載速度范圍內(nèi)，蒙皮材料撕裂性能在不同加載速度下未見明顯差異。雙軸試驗(yàn)中在不同荷載比

4、作用下，試件破壞類型不同且增大沿切縫方向的荷載可提高最大撕裂應(yīng)力。蒙皮材料最大撕裂應(yīng)力隨著切縫長度增加而減小并且隨著切縫角度的增大而增大，同時(shí)斜切縫可轉(zhuǎn)化為相同等效長度的切縫進(jìn)行分析。
　　最后，采用四種撕裂理論對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。介紹了Griffith能量理論和應(yīng)力強(qiáng)度因子準(zhǔn)則及Thiele經(jīng)驗(yàn)公式和應(yīng)力場理論。按公式類型分為兩類：冪函數(shù)形式σc=k1(a-n1)，對數(shù)函數(shù)形式σc=k2(1+an2)?？紤]試件尺寸的影響對應(yīng)力