冲破式复合材料发射箱盖结构设计和试验研究
发布时间：2021-02-22 06:19
导弹发射箱盖是导弹发射系统中非常重要的组成部分，在平常贮存时，箱盖保证了整个发射箱的密封，一方面阻止了箱内惰性气体的外泄，另一方面也起到了保护导弹的作用。在导弹发射时，需要箱盖能够及时地打开并释放出一定范围的空间通道令导弹能够顺利的通过。传统的机械打开盖与爆破盖有质量重、打开反应时间慢和维修费用高等缺陷，鉴于复合材料轻质高强、抗腐蚀等优点，采用复合材料发射箱盖代替传统发射箱盖的趋势不可避免。为了使复合材料发射箱盖能够更加广泛的应用于导弹发射装置中，实现发射系统的轻质化，提高导弹部队的作战反应能力，本文对采用燃气流开盖的整体冲破式复合材料发射箱盖进行了结构设计与试验研究。本文第一部分根据箱盖的性能要求设计了箱盖在贮存与冲破工况的基本形式。将箱盖分为主体、薄弱区结构和边框三部分，并着重对主体与薄弱区结构两个部件进行了初步的结构设计。提出了三种主体外型方案，通过有限元数值仿真与充压试验相结合的手段对三种结构进行变形、应力分布和薄弱区应力构成等性能的考察，选取了综合性能较优的圆帽型结构。主体与框架之间的薄弱区结构采用胶接的形式连接，综合薄弱区结构功能与密封等因素，选用双面搭接胶接接头作为薄弱区...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
导弹发射系统中导弹发射箱盖目前，以发射箱方式发射导弹的开盖方案主要有机械式开盖机构、爆破盖和易碎盖[1-4]
空间系统中以S玻璃和凯夫拉-49纤维复合的金属内衬轻质压力容器逐渐取代传统的全金属容器，如图1.2所示。图 1.2 航天飞机上所用的凯夫拉纤维缠绕复合材料压力容器[9]在20世纪80年代中期, 随着高强度碳纤维的普遍应用和推广, 使得强度高、质量轻、可靠性高的高压容器生产变为现实[10-13]。复合材料压力容器具有以下诸多优点[14]：1)制成的容器比模量和比强度高；2)金属材料在疲劳过程发生破坏往往是没有明显的预兆，经常是突发性的破坏。而复合材料中增强织物与基体的结合面，既能阻止裂纹的扩展，又能有效地传递载荷，提高结构的断裂韧性；3)复合材料中的大量增强织物使得过载而少数纤维断裂时，未破坏的纤维会迅速继续承载，使整个结构件在短时间内不至快速失去承载能力；4)能满足耐腐蚀要求，无需特殊处理。在理论计算方面，目前对于复合材料压力容器结构(即层合壳体结构)的力学性能分析理论发展较为完善和成熟。从最初的网格理论，薄板理论发展至二维板壳理论及三维弹性理论等。薄板理论，又称为层板理论，考虑了基体的传载和承载作用，假设结构由多层复合材料单向板共同承载
这种新型无内衬复合材料压力容器消除了传统的金属内衬, 使其在增加容积的同时减轻了大约1/4左右的重量。如果设计适当，还可以降低操作风险和维护费用，增加使用率。图1.3为几种不同结构与材料压力容器的重量比较。图 1.3 多种压力容器比较[18]综上所述，由于复合材料发射箱盖与压力容器两侧的封头的整体形式基本相似，因此认为这种结构形式的箱盖可以满足导弹贮存容器的气密承压要求。但在进行整体结构设计时，不仅要考虑设计增强纤维的铺设方式，而且更要发明新的基体配方及成型工艺来满足压力容器的工作时的性能需求[19]，无内衬压力容器整体设计方式见图1.4。图 1.4 无内衬压力容器整体系统设计方案[19]马李等[20]采用ANSYS有限元软件对纤维缠绕复合材料压力容器进行数值模拟，并在此模型基础上以Hashin失效准则和最大应力准则为判断依据进一步分析了压力容器的渐进损伤状态，讨论了单元逐层渐进失效的过程。计算结果表明：复合材料压力容器在载荷达到2.0MPa时树脂完全开裂，最初纤维断裂出现在最大应力为8.1MPa的桶身与封头连接处
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料压力容器渐进损伤的模拟研究[J]. 何录菊,马李. 台州学院学报. 2011(06)
[2]穿孔泡沫夹层复合材料平拉强度研究[J]. 高鼎涵,周光明. 江苏航空. 2011(S1)
[3]复合材料易碎盖胶接接头数值模拟[J]. 王辉,周光明,钱元,李韦翰. 江苏航空. 2011(S1)
[4]航天用复合材料压力容器的应用与发展[J]. 宋大君,王荣国,刘文博,矫维成,杨帆. 宇航材料工艺. 2010(06)
[5]基于田口方法的某航空应急推动机构参数优化[J]. 高清振,王耀华,陆明. 机械设计. 2010(10)
[6]导弹发射筒盖开启过程数值计算及试验[J]. 姜毅,耿锋,张强. 弹道学报. 2008(03)
[7]复合材料胶接接头传载能力分析[J]. 刘君伍,黄建云. 纺织高校基础科学学报. 2008(01)
[8]冲击作用下易碎式密封盖数值仿真及实验分析[J]. 张中利,于存贵,马大为,乐贵高. 爆炸与冲击. 2008(01)
[9]拓扑互锁易碎复合材料隔水罩的设计与试验研究[J]. 魏凤春,张晓,张秀丽,张恒. 工程塑料应用. 2008(01)
[10]复合材料机械连接强度影响因素的研究进展[J]. 王花娟,杨杰,刘新东,刘小建. 材料导报. 2007(S3)
硕士论文
[1]复合材料双面搭接接头力学性能研究[D]. 余小青.南京航空航天大学 2010
[2]双轴纤维增强复合材料强度准则研究与双向拉伸试验[D]. 陆晓华.南京航空航天大学 2007
本文编号：3045574
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
导弹发射系统中导弹发射箱盖目前，以发射箱方式发射导弹的开盖方案主要有机械式开盖机构、爆破盖和易碎盖[1-4]
空间系统中以S玻璃和凯夫拉-49纤维复合的金属内衬轻质压力容器逐渐取代传统的全金属容器，如图1.2所示。图 1.2 航天飞机上所用的凯夫拉纤维缠绕复合材料压力容器[9]在20世纪80年代中期, 随着高强度碳纤维的普遍应用和推广, 使得强度高、质量轻、可靠性高的高压容器生产变为现实[10-13]。复合材料压力容器具有以下诸多优点[14]：1)制成的容器比模量和比强度高；2)金属材料在疲劳过程发生破坏往往是没有明显的预兆，经常是突发性的破坏。而复合材料中增强织物与基体的结合面，既能阻止裂纹的扩展，又能有效地传递载荷，提高结构的断裂韧性；3)复合材料中的大量增强织物使得过载而少数纤维断裂时，未破坏的纤维会迅速继续承载，使整个结构件在短时间内不至快速失去承载能力；4)能满足耐腐蚀要求，无需特殊处理。在理论计算方面，目前对于复合材料压力容器结构(即层合壳体结构)的力学性能分析理论发展较为完善和成熟。从最初的网格理论，薄板理论发展至二维板壳理论及三维弹性理论等。薄板理论，又称为层板理论，考虑了基体的传载和承载作用，假设结构由多层复合材料单向板共同承载
这种新型无内衬复合材料压力容器消除了传统的金属内衬, 使其在增加容积的同时减轻了大约1/4左右的重量。如果设计适当，还可以降低操作风险和维护费用，增加使用率。图1.3为几种不同结构与材料压力容器的重量比较。图 1.3 多种压力容器比较[18]综上所述，由于复合材料发射箱盖与压力容器两侧的封头的整体形式基本相似，因此认为这种结构形式的箱盖可以满足导弹贮存容器的气密承压要求。但在进行整体结构设计时，不仅要考虑设计增强纤维的铺设方式，而且更要发明新的基体配方及成型工艺来满足压力容器的工作时的性能需求[19]，无内衬压力容器整体设计方式见图1.4。图 1.4 无内衬压力容器整体系统设计方案[19]马李等[20]采用ANSYS有限元软件对纤维缠绕复合材料压力容器进行数值模拟，并在此模型基础上以Hashin失效准则和最大应力准则为判断依据进一步分析了压力容器的渐进损伤状态，讨论了单元逐层渐进失效的过程。计算结果表明：复合材料压力容器在载荷达到2.0MPa时树脂完全开裂，最初纤维断裂出现在最大应力为8.1MPa的桶身与封头连接处
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料压力容器渐进损伤的模拟研究[J]. 何录菊,马李. 台州学院学报. 2011(06)
[2]穿孔泡沫夹层复合材料平拉强度研究[J]. 高鼎涵,周光明. 江苏航空. 2011(S1)
[3]复合材料易碎盖胶接接头数值模拟[J]. 王辉,周光明,钱元,李韦翰. 江苏航空. 2011(S1)
[4]航天用复合材料压力容器的应用与发展[J]. 宋大君,王荣国,刘文博,矫维成,杨帆. 宇航材料工艺. 2010(06)
[5]基于田口方法的某航空应急推动机构参数优化[J]. 高清振,王耀华,陆明. 机械设计. 2010(10)
[6]导弹发射筒盖开启过程数值计算及试验[J]. 姜毅,耿锋,张强. 弹道学报. 2008(03)
[7]复合材料胶接接头传载能力分析[J]. 刘君伍,黄建云. 纺织高校基础科学学报. 2008(01)
[8]冲击作用下易碎式密封盖数值仿真及实验分析[J]. 张中利,于存贵,马大为,乐贵高. 爆炸与冲击. 2008(01)
[9]拓扑互锁易碎复合材料隔水罩的设计与试验研究[J]. 魏凤春,张晓,张秀丽,张恒. 工程塑料应用. 2008(01)
[10]复合材料机械连接强度影响因素的研究进展[J]. 王花娟,杨杰,刘新东,刘小建. 材料导报. 2007(S3)
硕士论文
[1]复合材料双面搭接接头力学性能研究[D]. 余小青.南京航空航天大学 2010
[2]双轴纤维增强复合材料强度准则研究与双向拉伸试验[D]. 陆晓华.南京航空航天大学 2007
本文编号：3045574
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