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题名高强韧仿生螺旋复合材料超结构设计与分析
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作者
王昕
李振
季海波
杨宏俊
李秉洋
王鹏飞
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机构
中国航天科技创新研究院先进材料与能源研究中心
中国运载火箭技术研究院
北京大学工学院
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出处
《应用数学和力学》
CSCD
北大核心
2024年第8期1106-1116,共11页
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基金
国家自然科学基金(12402407,U22B2013)
北京市科技新星项目(20230484287)。
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文摘
随着人类航天活动的日益频繁,轨道空间环境不断恶化,提升航天器结构强度和韧性具有重要的现实意义.该文设计了具有中面对称特性的高强韧仿生螺旋复合材料超结构,开发了相应的热压制备工艺.通过准静态压痕性能测试,以荷载⁃位移曲线、峰值力、失效位移、刚度与能量吸收为关键力学指标,分别在37层与73层下对正交、准各向同性以及5°,10°,20°螺旋铺层的碳纤维增强复合材料(carbon fibre reinforced polymer,CFRP)超结构进行了性能表征,并分析了破坏模式与失效机理.研究结果表明:相较于传统铺层方法,采用对称螺旋铺层方式能够有效减小层间应力,显著提升超结构的准静态压痕性能;尤其是当螺旋角设定为10°时,超结构在峰值载荷和能量吸收方面得到了卓越的性能提升.该研究成果不仅为航天领域内高性能复合材料超结构的设计与制造提供了理论支持,同时也为其实际应用奠定了实践基础.
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关键词
碳纤维增强复合材料
仿生螺旋铺层设计
准静态压痕性能
航天器
超结构
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Keywords
carbon fibre reinforced polymer
bio-inspired helicoidal lay-up design
quasi-static indentation property
spacecraft
metastructure
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分类号
V25
[一般工业技术—材料科学与工程]
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