复合材料网格节点处预浸带变形及其对构件抗失稳能力影响的分析

发布时间：2020-06-13 04:00

【摘要】：复合材料网格结构因在相同的轴压载荷下具有很高的减重优势和损伤容限,而在航空航天领域有越来越广泛的应用。但随着工艺的发展和预浸料纤维体积分数的提高,网格节点处的纤维堆叠成为需要特别处理的问题。本文研究了铺放-压平工艺和铺放-碾压展宽工艺两种方法来处理节点处的纤维堆叠和凸起,以及两种工艺所造成的纤维弯曲对网格构件的节点刚度和抗失稳能力的影响。(1)运用流变学建立铺放-压平工艺的节点处预浸带变形模型,并进行数值分析。对于单节点网格构件,进行了关于施压总力F、节点两侧筋条长度l_0和预浸带所用树脂粘度η的参数化分析。结果表明:随着施压总力F增大,压平节点所需的时间减小;随着节点两侧筋条长度l_0和预浸带所用树脂粘度η增大,压平节点所需的时间增大;通过研究不同参数组合下所需的节点压平保温时间,为考虑成本和生产周期时选择最优参数组合提供了依据。对于多节点网格构件,计算了特定的网格构件在优化参数下热压罐工艺压平所需的时间为14.3min。且从中间的节点A到边缘的节点C,各点处施压分力逐渐减小,且各点处分力在变形过程里基本保持不变。并通过实际的铺放和热压罐压平试验验证了计算结果。(2)运用流变学建立碾压展宽工艺的节点处预浸带变形模型,推导出积分方程,并对铺放速度、滚轮半径、节点两侧预浸带长度进行参数化分析。发现:随着铺放速度、滚轮半径或节点两侧预浸带长度的增大,预浸带剩余厚度被碾压为原来一半时所需的铺放压力增大。进行节点处碳纤维在碾压展宽过程里的强度校核,确定各个工艺参数的边界。计算表明:当树脂粘度为10 Pa·s时,铺放速度可设定为较大值,以加快铺放效率;若以1mm/s的铺放速度为可接受的最低铺放速度,则可铺放的构件参数l_0最大可达到4472mm。当粘度大于1×10~3Pa·s时,对于工程常见的最小l_0=50mm,对应的最大铺放速度也必须小于0.5mm/s。(3)应用ABAQUS软件研究了矩形胞元的网格构件的屈曲临界载荷因子对节点刚度的敏感性。对于矩形胞元的网格构件,分别为其节点处赋予不同的工程弹性常数,发现随着节点处刚度的下降,网格构件的屈曲临界载荷因子也下降。但当节点处刚度降为原来的10%时,其造成的网格构件的临界屈曲载荷因子也仅下降15%。计算节点处含纤维弯曲的节点平均刚度,发现节点处纤维的大幅弯曲使节点处平均弹性模量下降为原来的18.2%。与此同时,网格构件的临界屈曲载荷因子下降了10.7%。与含剪断-续铺节点的网格相比,尽管剪断-续铺的节点每隔一层就有一层被剪断的纤维,铺放-压平工艺和铺放-碾压展宽工艺制备的网格构件抗失稳能力不如剪断-续铺。
【图文】：

一种典型网格结构示意图

火箭载荷适配器
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33

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本文编号：2710613