缠绕肋缠绕过程试验及力学行为分析

首先通过单向拉伸试验测试和理论计算两种方法得到4层(45?/?45?/45?/?45?)铺设碳纤维复合材料的弹性模量,作为文中数值计算及弯矩分析的材料参数。通过4层(45?/?45?/45?/?45?)铺设碳纤维复合材料肋进行整体缠绕过程试验,得到肋整体缠绕过程肋表层应变和缠绕弯矩。利用ABAQUS分别建立了复合材料肋整体缠绕精细有限元模型,实现了缠绕一周过程强几何非线性数值模拟分析,得到各层应力、应变特征和缠绕弯矩,并与试验结果比较分析。进而给出缠绕弯矩解析表达式,并对材料铺设与厚度进行分析,得到缠绕过程最优材料铺设机理与最大厚度分析方法。该文对缠绕肋设计和深入研究具有重要参考价值。     

形状记忆环氧树脂及其四枚缎纹碳纤维织物增强环氧树脂的动态力学性能

采用动态力学分析仪对研制的形状记忆环氧树脂(Shape memory epoxy polymer,SMEP)及三种四枚缎纹碳纤维织物增强环氧树脂复合材料的动态力学性能进行了测试,测出了玻璃化转变温度Tg、储能模量E和损耗角正切值tanδ。试验表明,SMEP及四枚缎纹碳纤维织物增强环氧树脂复合材料均有显著的相变力学行为特征,相变前后E差异超过一个量级,表明其具有良好形状记忆能力。在SMEP中植入碳纤维织物增强复合材料会导致Tg和tanδ降低,而E显著增强;对同一种编织物的形状记忆复合材料经向和纬向的Tg和tanδ基本相同,但E相差较大。     

索杆可展结构的体系分析

本文分析了Ｍａｘｗｅｌ、Ｃａｕｃｈｙ准则；介绍了矩阵分析结构体系、区分内部和外部机构的方法；提出可展结构体系设计的原则，并阐明一些可展结构基本概念。     

PV-ETFE气枕系统冬季性能试验研究

针对光伏电池（PV）-乙烯四氟乙烯（ETFE）气枕一体化建筑体系,设计研制了柔性非晶硅薄膜太阳能电池与三层ETFE气枕一体化系统及测量系统. 在太阳辐射强度低的冬季,对该系统进行7次现场实测试验,得到太阳辐射强度、系统电能、耗电、气枕温度和气枕内外压力差等参数. 通过试验数据分析得到当太阳辐射强度大于103 W/m2时,系统正常工作;在整个试验期间,平均每天太阳能蓄电池蓄电量为49.7 W·h,气枕内、外温度差为10.4 ℃.通过试验验证了PV-ETFE气枕一体化系统冬季应用的可行性,揭示了系统的电气特征、ETFE气枕结构行为特征.     

一种生态建筑--膜结构的应用

膜建筑是一种生态型建筑,体现了"少费多用"的设计思想.建设阶段,减少原材料的使用,膜材轻,支承体系轻.使用阶段,利用自然光采光,自然通风,降低能源消耗.本文着重通过国内外膜建筑的例子来介绍其应用领域.     

透镜式缠绕肋收展过程数值模拟分析

针对空间可展薄膜阵面天线的透镜式薄壁复合材料缠绕肋收展过程,应用ABAQUS软件,采用S4R复合材料单元建立精细有限元模型,利用显式动力法先实现了拉扁模拟分析,然后实现缠绕数值模拟分析.对缠绕肋拉扁拉伸力、应力、变形特征,以及缠绕过程变形、应力和缠绕速度等缠绕行为参数影响研究.对空间薄膜阵面天线支撑缠绕肋、拉扁和缠绕机构设计具有参考价值.     

浮空器蒙皮膜复合材料单轴拉伸力学性能及弹性常数

对新型飞艇蒙皮材料在0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°七个偏轴方向单轴拉伸循环试验结果进行了分析,给出了残余应变和弹性模量随循环次数的变化规律;得出了由单层板理论推导出的关于弹性模量的本构关系对各功能膜层压合成的平纹织物膜复合材料适用性较差。使用VIC-2D数字散斑测量系统测出膜材在拉伸过程中的位移场和应变场,通过位移场求膜材的泊松比和通过应变场验证分析膜材拉伸破坏机制,并可以预测断口形态和位置。采用两种不同规格的试样测试膜材的单轴拉伸强度,通过对比发现采用试样3更能反应材料Uretek5876实际强度。本文工作对该材料应用于飞艇结构设计和分析具有参考价值。     

双轴经编织物膜梯形撕裂扩展机制及其拉剪耦合行为

针对经编织物类膜材,考虑纱线方向性及其细观力学结构,进行了系列纱线偏转(梯度15°)及裂缝参数下梯形撕裂试验及数值研究,探讨了撕裂强度及力学行为受参数影响规律,论证了裂纹扩展机制及其涉及的拉剪耦合行为特征。结果表明：裂缝扩展与主纱应力三角区及X形剪应力区的衍变存在显著关联,并据此可界定撕裂历程中各典型阶段。经纬纱间的协同变形及材料的拉剪耦合作用是材料撕裂性能表现出纱线方向依赖性的主要诱因,且随偏角趋于45°两因素均呈现出规律性变化,进而造成裂纹两向杂糅延展及撕裂抗力的“山脊”式变化规律的呈现。所得结论可为相关织物膜材的损伤分析及膜结构安全性评估提供有益参考。     

盘绕式伸展臂非线性振动力学分析

盘绕式伸展臂非线性振动特性决定加劲索的预应力取值及航天器的振动控制,采用几何精确理论与屈曲分析理论推导出静力条件下加劲索预应力取值范围,在此范围对盘绕臂的非线性振动进行计算。针对小幅非线性振动,考虑加劲索预应力的加载作用引发P-Δ效应的影响,采用特征值迭代法求解不同预应力下模态及频率,得到使盘绕臂自振频率最大的预应力值,总结出设计用的加劲索"频率-预应力-直径"参考面。针对大幅非线性振动,采用动力时程信号处理法,基于显式动力学积分获取盘绕臂大幅振动时程信号,结合快速傅氏变换(FFT)和随机子空间(SSI/data)两种方法,基于MATLAB平台编制时程信号处理程序,用于提取大幅振动的频率及模态。在动力时程信号中发现加劲索在大幅振动中的高频交替张弛使盘绕臂能量分布迅速达到动态平衡,从而使盘绕臂振幅迅速衰减。最后制作盘绕臂模型进行模态试验,测试的结果与计算结果基本吻合。     

索网结构的弹性冗余度分析

主要介绍索网结构弹性冗余度的定义及其理论分析过程.冗余度的定义为可用的方程个数比求解时所必需的方程个数多出来的个数.索网结构属于柔性张力结构,不同于传统刚性结构,柔性张力结构的刚度主要由预应力提供,其刚度可分为弹性刚度和几何刚度,预应力主要影响几何刚度.索网的冗余度可分为弹性冗余度和几何冗余度,分别对应它的弹性刚度和几何刚度.本文通过对势能方程求解微分,得到索网结构的平衡方程、物理方程和几何协调方程,再将几何协调方程线性化,代入平衡方程和物理方程,推导弹性冗余度的计算公式,并采用MAT-LAB编程实现这一算法.最后通过算例,分析索网弹性冗余度的特性,得出一些有用的结论,对工程应用有一定的指导意义.