復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析與制備.pdf

1、復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)綜合運(yùn)用了結(jié)構(gòu)減重的兩類措施以提高結(jié)構(gòu)效率：采用輕質(zhì)、高強(qiáng)的纖維/樹脂基復(fù)合材料制備；選用輕量化構(gòu)型設(shè)計(jì)。該類構(gòu)件符合航空宇航飛行器大跨度構(gòu)件輕量化的需求。其中，IsoTruss?結(jié)構(gòu)和先進(jìn)格柵加筋結(jié)構(gòu)（Advanced Grid Stiffened structure，簡(jiǎn)稱AGS）分別為典型的一維和二維格柵結(jié)構(gòu)。這兩類格柵組成相似，應(yīng)用領(lǐng)域互補(bǔ)，力學(xué)性能分析方法、制造工藝等均可相互借鑒。本文以這兩類格柵結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，

2、綜合研究這兩類格柵結(jié)構(gòu)的軸壓力學(xué)性能及制備工藝。主要的研究工作及成果：
　?。?）復(fù)合材料格柵軸壓屈曲仿真分析。建立一維和二維格柵結(jié)構(gòu)參數(shù)化有限元建模方法，并采用Patran參數(shù)命令語(yǔ)言（Patran Command Language，簡(jiǎn)稱PCL）程序化。應(yīng)用范例顯示該程序能夠高效的實(shí)現(xiàn)兩類格柵結(jié)構(gòu)有限元建模。同文獻(xiàn)中同類構(gòu)件的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析表明：該建模方法所形成的有限元分析結(jié)果準(zhǔn)確可信。最后，運(yùn)用該程序?qū)深惛駯沤Y(jié)構(gòu)進(jìn)行屈

3、曲特性仿真分析。
　　（2）復(fù)合材料格柵軸壓力學(xué)性能理論預(yù)測(cè)。采用理論預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)一維格柵結(jié)構(gòu)在軸壓載荷作用下的整體屈曲、局部屈曲和柱殼屈曲的臨界載荷。綜合三類理論預(yù)測(cè)模型，繪制一維格柵屈曲失效邊界曲線，分析結(jié)構(gòu)參數(shù)與屈曲失效模式的關(guān)聯(lián)關(guān)系。此外，發(fā)現(xiàn)一維格柵材料破壞后仍能夠二次承載的特性。針對(duì)這一特性，建立一維格柵的軸壓極限承載力和剩余承載力理論預(yù)測(cè)模型，其預(yù)測(cè)結(jié)果同試驗(yàn)測(cè)試吻合。該方法進(jìn)一步完善了一維格柵失效模式理論預(yù)測(cè)體系。

4、最后，總結(jié)和分析了二維格柵整體屈曲、局部屈曲和材料破壞的典型理論預(yù)測(cè)方法，并與有限元仿真分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。
　?。?）復(fù)合材料一維格柵結(jié)構(gòu)制備。設(shè)計(jì)一種柔性成型模具。該模具裝卸便捷。為便利該模具的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步建立了構(gòu)件參數(shù)對(duì)模具關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)參數(shù)的約束關(guān)系。此外，為降低致密化工藝的工作量，采用了一種局部致密化工藝。局部致密化工藝中，僅對(duì)縱向柵條進(jìn)行致密化，能夠至少減少2/3工作量。軸壓力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明：較未致密化構(gòu)件，局部致

5、密化構(gòu)件的極限載荷較未致密化構(gòu)件提高47％；較全致密化構(gòu)件，局部致密化構(gòu)件的極限載荷與剛度并未削弱。全致密化構(gòu)件和局部致密化構(gòu)件的平均極限載荷質(zhì)量比為620.4kN/kg，平均剛度質(zhì)量比為650.4（kN/mm）/kg。
　?。?）復(fù)合材料二維格柵結(jié)構(gòu)制備。設(shè)計(jì)一種可組裝、低成本的成型模具。該模具由軟模和可組裝芯軸組成。采用該成型模具進(jìn)行二維格柵構(gòu)件的連續(xù)纖維濕法纏繞。通過在纖維纏繞過程中，調(diào)整纖維預(yù)緊力和樹脂含量，使制備構(gòu)件工藝