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某大极孔比复合材料壳体结构设计及承压力学特性研究 被引量:1
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作者 金书明 钱家豪 +3 位作者 林天一 李德华 许辉 郑庆 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期262-268,共7页
通过开展某大极孔比固体火箭发动机复合材料壳体结构设计及水压试验研究,探究了其在内压载荷作用下的力学行为。采用CADWind进行缠绕线型规划及铺层设计,实现壳体的高保真有限元建模,根据复合材料渐进损伤原理(特性)分析了壳体承压性能... 通过开展某大极孔比固体火箭发动机复合材料壳体结构设计及水压试验研究,探究了其在内压载荷作用下的力学行为。采用CADWind进行缠绕线型规划及铺层设计,实现壳体的高保真有限元建模,根据复合材料渐进损伤原理(特性)分析了壳体承压性能,揭示了壳体大极孔端的失效机理,并通过水压爆破试验验证计算模型的准确性。结果表明,通过CADWind进行线型、铺层设计能有效支撑大极孔比壳体缠绕成型,壳体的铺层厚度、角度输出数据与实物更加吻合,可进一步提高有限元建模精度;其次,基于Hashin失效判据的渐进损伤失效分析方法实现了壳体的破坏位置、失效模式以及爆破压强的准确预测;最终,壳体计算爆破压强20.3 MPa,试验爆压19.5 MPa,计算误差4.6%,筒段应变计算结果与实测值基本吻合。 展开更多
关键词 火箭发动机 复合材料 大极孔比 铺层设计 渐进损伤
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固体火箭发动机复合材料壳体铝合金接头失效有限元分析 被引量:1
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作者 张佳熙 史宏斌 +2 位作者 丁文辉 王立强 徐向毅 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期269-277,共9页
为研究复合材料壳体卡环连接结构中铝合金接头断裂失效规律,建立了壳体后封头部位的有限元模型,并以某固体发动机壳体为对象进行水压爆破实验。通过三种铝合金接头应力、应变的仿真与实验分析,对比了等效应力准则与最大主应力准则的适用... 为研究复合材料壳体卡环连接结构中铝合金接头断裂失效规律,建立了壳体后封头部位的有限元模型,并以某固体发动机壳体为对象进行水压爆破实验。通过三种铝合金接头应力、应变的仿真与实验分析,对比了等效应力准则与最大主应力准则的适用性;通过分析处理以往断裂接头及文中断裂接头的仿真数据,研究了接头发生断裂时最大主应力与材料的延伸率、屈服极限、抗拉极限之间的关系;结合得出的经验公式与有限元仿真,分析了不同铝合金材料、不同尺寸的卡环连接结构断裂时的内压,并与实验结果进行对比。结果表明,数值计算结果与水压实验测量数据的误差在4.9%之内,验证了有限元模型的正确性;相比于等效应力准则,最大主应力准则在判断接头卡环槽的薄弱位置时更加准确,并提炼出接头卡环槽处发生断裂时最大主应力的断裂系数经验公式;通过经验公式并结合有限元仿真得出的铝合金接头断裂时的壳体内压与实验爆破内压的误差分别为4.7%和3.6%,满足工程应用的需要。 展开更多
关键词 火箭发动机 复合材料 卡环连接结构 延伸率 抗拉极限 屈服极限
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一种带外挂件复合材料燃烧室壳体一体化设计成型研究
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作者 占冬至 李修明 +3 位作者 郑庆 张建欣 方冰 肖军 《复合材料科学与工程》 北大核心 2024年第11期120-126,共7页
传统机载导弹固体发动机弹翼/吊挂结构与燃烧室壳体的连接一般采用将弹翼/吊挂底座与壳体舱段或连接裙柱段焊接成型,吊挂/弹翼结构承载极限由焊缝强度决定;但传统成型方式已不适用于带金属吊挂结构的复合材料燃烧室壳体的成型,且轻质降... 传统机载导弹固体发动机弹翼/吊挂结构与燃烧室壳体的连接一般采用将弹翼/吊挂底座与壳体舱段或连接裙柱段焊接成型,吊挂/弹翼结构承载极限由焊缝强度决定;但传统成型方式已不适用于带金属吊挂结构的复合材料燃烧室壳体的成型,且轻质降本的空间有限。结合部分先进成型技术的工程化发展,针对上述问题,本文从壳体结构设计和成型方面提出了一种新型的带外挂件复合材料燃烧室壳体的一体化成型技术,并与常规带外挂件金属燃烧室壳体的设计与成型过程进行了对比分析,开展了验证复合材料壳体制备,并进行了相关承载性能及成型经济性分析,验证了该种成型技术的可行性,为后续机载/舰载导弹燃烧室复合材料壳体的成型提供了新的思路。 展开更多
关键词 带外挂件复合材料 化设计成型
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正交各向异性复合材料圆柱壳轴对称大变形解析 被引量:4
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作者 郭明 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 1997年第2期61-67,共7页
按照考虑横向剪切变形的大挠度理论,研究了在轴对称法向载荷和均匀轴向载荷作用下,正交各向异性复合材料圆柱壳的轴对称大变形问题。得到了边界条件为固支和简支时,有限长圆柱壳的解析解。文中还给出了碳纤维/环氧复合材料圆柱壳的... 按照考虑横向剪切变形的大挠度理论,研究了在轴对称法向载荷和均匀轴向载荷作用下,正交各向异性复合材料圆柱壳的轴对称大变形问题。得到了边界条件为固支和简支时,有限长圆柱壳的解析解。文中还给出了碳纤维/环氧复合材料圆柱壳的算例,说明了边界条件的影响。 展开更多
关键词 火箭发动机 复合材料 缠绕结构 结构分析
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正交各向异性多层复合材料球壳振动的平衡方程 被引量:1
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作者 余茂益 龚志钰 《成都科技大学学报》 EI CAS CSCD 1994年第2期80-88,共9页
本文应用Reissner,E.的壳体振动的基本理论和假设[1][5],推导出正交各向异位球壳振动的平衡方程.其中包括应力-应变关系,内力-应变关系,动力平衡方程,边界条件等。本文对于工程应用有一定的参考价值.
关键词 复合材料 振动 正交各向异性
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轴压载荷作用下全复合材料裙与壳体搭接区的结构分析 被引量:8
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作者 苑博 刘勇琼 +1 位作者 尤军峰 樊钰 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期629-634,共6页
对轴压载荷作用下固体火箭发动机复合材料裙与壳体搭接区的受力变形情况及承载能力进行了有限元分析,应用板壳理论对搭接区进行了分析,证明有限元计算结果合理可信;对裙搭接长度在40~60mm范围内进行了寻优计算。结果说明,搭接区裙... 对轴压载荷作用下固体火箭发动机复合材料裙与壳体搭接区的受力变形情况及承载能力进行了有限元分析,应用板壳理论对搭接区进行了分析,证明有限元计算结果合理可信;对裙搭接长度在40~60mm范围内进行了寻优计算。结果说明,搭接区裙外铺层是搭接区最薄弱的环节;影响搭接区承载能力的主要结构因素有裙尖厚度、裙外铺层厚度、直段橡胶长度;随裙搭接长度的增大,搭接区承载能力呈现先增大后减小的趋势,存在搭接区承载能力的极大值。该分析方法和结果可供搭接区分析设计参考。 展开更多
关键词 火箭发动机 复合材料 裙与搭接区 承载能力 优化
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碳纤维/环氧复合材料壳体补强新工艺及方法对比研究 被引量:7
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作者 王欢 刘勇琼 +1 位作者 廖英强 田蔚 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期88-91,共4页
为了降低复合材料壳体封头区域的应力集中,提高壳体整体性能,对复合材料壳体薄弱区进行补强以及采用何种方法进行补强是关键问题。本文以碳纤维Φ150 mm复合材料壳体为研究对象,以理论分析和有限元分析为依据,分别采用碳布补强和纤维缠... 为了降低复合材料壳体封头区域的应力集中,提高壳体整体性能,对复合材料壳体薄弱区进行补强以及采用何种方法进行补强是关键问题。本文以碳纤维Φ150 mm复合材料壳体为研究对象,以理论分析和有限元分析为依据,分别采用碳布补强和纤维缠绕补强对壳体前后封头及赤道附近位置进行补强。试验结果表明:纤维缠绕补强效果明显好于碳布补强,壳体特性系数由40.3 km提高到48.5 km,应力平衡系数提高到0.95,纤维发挥强度由3 378.1 MPa提高到4 058.4 MPa。 展开更多
关键词 复合材料 补强 特性系数 应力平衡系数 纤维发挥强度
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纤维缠绕复合材料壳体原位成型工艺研究 被引量:10
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作者 许家忠 乔明 +1 位作者 尤波 王新颖 《材料科学与工艺》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期191-194,共4页
热固型缠绕复合材料壳体以其优异的性能在航空、军事和工业等领域得到了广泛应用.目前,制约其应用和发展的主要瓶颈是壳体的成本和性能,而壳体成型工艺直接决定了其最终性能和成本.由于缠绕壳体为中空结构,因此可以采用加热壳体内部金... 热固型缠绕复合材料壳体以其优异的性能在航空、军事和工业等领域得到了广泛应用.目前,制约其应用和发展的主要瓶颈是壳体的成本和性能,而壳体成型工艺直接决定了其最终性能和成本.由于缠绕壳体为中空结构,因此可以采用加热壳体内部金属芯模或内衬的方法实现缠绕后的或正在缠绕的复合材料的固化成型,即原位成型.本文介绍复合材料壳体原位成型新工艺,建立筒型壳体内加热固化过程的数学模型,利用有限元法对筒体固化过程中的温度和固化度进行了数值模拟分析.该研究为实现壳体高效、优质且低成本成型提供新思路,为原位成型工艺设计、模拟和参数优化提供分析模型和方法. 展开更多
关键词 热固型复合材料 纤维缠绕 内加热固化 数值模拟
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复合材料壳体发动机推进剂药柱立式贮存应力分析 被引量:18
9
作者 田俊良 朱祖念 +1 位作者 杜建科 李侃 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第4期34-37,共4页
固体火箭发动机(SRM)推进剂药柱在立式贮存时要承受两种主要载荷联合作用,即固化降温趋于平衡后的长期温差热载荷以及轴向的重力载荷作用。根据推进剂的材料特性以及不同的加载条件,采用线弹性理论,分别进行了SRM药柱在两种载荷作用下... 固体火箭发动机(SRM)推进剂药柱在立式贮存时要承受两种主要载荷联合作用,即固化降温趋于平衡后的长期温差热载荷以及轴向的重力载荷作用。根据推进剂的材料特性以及不同的加载条件,采用线弹性理论,分别进行了SRM药柱在两种载荷作用下的三维有限元应力、应变计算,对药柱及其界面的危险部位重点进行了分析。 展开更多
关键词 贮存应力 推进剂药柱 复合材料 火箭发动机 三维有限元法
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基于蚁群算法的复合材料缠绕壳体铺层顺序优化 被引量:7
10
作者 栾宇 丁文辉 +2 位作者 林天军 王路仙 关振群 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期248-254,共7页
为了提高纤维复合材料缠绕壳体结构的屈曲稳定性,本文将蚁群算法(ACA)求解旅行商问题(TSP)的方法引入到缠绕层顺序优化的计算中。阐明铺层顺序优化的本质是调整沿板厚方向的刚度分布以提高版的抗弯刚度,同时改善荷载的传递路径,以降低... 为了提高纤维复合材料缠绕壳体结构的屈曲稳定性,本文将蚁群算法(ACA)求解旅行商问题(TSP)的方法引入到缠绕层顺序优化的计算中。阐明铺层顺序优化的本质是调整沿板厚方向的刚度分布以提高版的抗弯刚度,同时改善荷载的传递路径,以降低由偏心而产生的附加弯矩,从而提高结构的抗屈曲能力;扩展了经典蚁群算法,提出一种分组编解码方法,既可描述缠绕工艺对铺层排列组合的约束,又可降低城市数目以提高优化效率;通过与经典算例的比较,验证了本文方法的有效性和优越性;并研发了复合材料缠绕壳体铺层顺序优化程序系统,实现了壳体结构的屈曲稳定性优化设计。 展开更多
关键词 蚁群算法 纤维复合材料缠绕 屈曲稳定性 优化设计
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固体火箭发动机复合材料壳体破坏分析及优化 被引量:7
11
作者 徐红玉 王燕霜 +2 位作者 陈殿云 王斌 张元冲 《河南科技大学学报(自然科学版)》 CAS 2005年第4期8-11,共4页
利用有限元计算软件ANSYS对轴向压力和弯矩联合作用下某型号固体火箭发动机复合材料壳体组合结构进行数值模拟。数值计算与实验结果对比分析表明:由于原结构的复合材料铺层设计不够合理,造成部分复合材料铺层局部应力过大,而导致结构未... 利用有限元计算软件ANSYS对轴向压力和弯矩联合作用下某型号固体火箭发动机复合材料壳体组合结构进行数值模拟。数值计算与实验结果对比分析表明:由于原结构的复合材料铺层设计不够合理,造成部分复合材料铺层局部应力过大,而导致结构未达到设计载荷即发生局部失效破坏。本文在结合实验分析和实物模型数值模拟计算的基础上,提出两种措施对原结构进行优化改进:增加局部补强纵向铺层数目以提高局部承载能力,从而提高整体承载能力;改变个别铺层材料以增强该层材料本身承载能力,最终提高整体承载能力。数值计算结果显示,两种改进结构均能提高整体结构承载能力15%~20%,实物实验表明改进结构可达到原结构设计承载能力的115%以上。 展开更多
关键词 推进剂火箭发动机 复合材料组合 破坏 数值模拟 优化设计
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复合材料壳体轴压稳定性分析 被引量:8
12
作者 李媛 利凤祥 +2 位作者 李越森 王锟 胡春波 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第4期280-283,共4页
利用有限元结构分析法,引入线性屈曲模态作为结构的初始几何缺陷,对复合材料壳体的轴压稳定性进行了非线性分析。将计算结果与线性屈曲分析及实验结果进行了对比,结果表明,由于初始缺陷等非线性因素的影响,结构的线性临界载荷高于非线... 利用有限元结构分析法,引入线性屈曲模态作为结构的初始几何缺陷,对复合材料壳体的轴压稳定性进行了非线性分析。将计算结果与线性屈曲分析及实验结果进行了对比,结果表明,由于初始缺陷等非线性因素的影响,结构的线性临界载荷高于非线性临界载荷,进行非线性分析是必要的。文中对壳体承受轴压能力进行了初步估计,可为复合材料壳体的稳定性工程设计提供参考。 展开更多
关键词 复合材料 模态 轴压 非线性分析 估计 临界载荷 稳定性分析 结构分析法 有限元 实验结果
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T800HB/环氧复合材料壳体爆破性能分析 被引量:4
13
作者 周伟江 廖英强 +1 位作者 张世杰 尤丽虹 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期95-97,共3页
针对T800HB/环氧复合材料壳体易在封头部位产生复杂的应力状态,导致壳体低压破坏的问题,通过采用金属接头结构优化与封头补强措施,使T800HB/环氧复合材料壳体的爆破压力由28.2 MPa提高到36.4 MPa,纤维强度发挥率由65.7%提升至85.6%。
关键词 复合材料 碳纤维 应变 纤维强度转化率
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复杂载荷下复合材料组合壳体局部补强的数值分析 被引量:4
14
作者 王斌 王路仙 +1 位作者 侯晓 张元冲 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第3期216-219,共4页
分析某固体火箭发动机的复合材料组合壳体在轴压、外压及弯矩联合作用下的变形情况发现,该结构铺层设计不够合理,造成复合材料铺层变形不协调,导致结构过早破坏。通过数值模拟方法,对在复杂载荷作用下结构复合材料局部铺层改变进行补强... 分析某固体火箭发动机的复合材料组合壳体在轴压、外压及弯矩联合作用下的变形情况发现,该结构铺层设计不够合理,造成复合材料铺层变形不协调,导致结构过早破坏。通过数值模拟方法,对在复杂载荷作用下结构复合材料局部铺层改变进行补强研究,提出相应的优化局部铺层补强的方案。计算结果表明,所提出的局部改变铺层的方法可以较大幅度地提高结构承载能力,为结构设计的改进提供参考。 展开更多
关键词 铺层 补强 数值分析 变形 弯矩 承载能力 复合材料 外压 数值模拟方法
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复合材料壳体固体发动机药柱工作内压三维结构分析 被引量:3
15
作者 田俊良 朱祖念 +1 位作者 张善祁 李侃 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第3期34-38,共5页
对复合材料壳体的固体发动机药柱在工作内压作用下的变形和三维应力、应变进行了计算。复合材料壳体简化为正交各向异性结构 ,确定其弹性材料常数和材料的主轴方向 ,壳体变形计算值和多次水压测试结果基本一致 ,在此基础上进行了药柱的... 对复合材料壳体的固体发动机药柱在工作内压作用下的变形和三维应力、应变进行了计算。复合材料壳体简化为正交各向异性结构 ,确定其弹性材料常数和材料的主轴方向 ,壳体变形计算值和多次水压测试结果基本一致 ,在此基础上进行了药柱的三维应力、应变分析 ,为药柱完整性分析提供了参考。 展开更多
关键词 复合材料 推进剂药柱 三难有限元^+ 工作压力^+ 发动机 三维应力 应变分析 变形值
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应变率对复合材料壳体外压性能的影响 被引量:3
16
作者 侯晓 秦谊 +1 位作者 何高让 王凌云 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期799-802,811,共5页
对Φ200 mm的复合材料壳体的应变率相关性进行了试验研究。分别对准静态和应变率约为0.105 s-1的动态情况进行了试验。在动态加载过程中,采用了航天四院设计的脉冲压力发生器和外压试验装置,该装置可在10~200 ms将结构件加载至破坏。... 对Φ200 mm的复合材料壳体的应变率相关性进行了试验研究。分别对准静态和应变率约为0.105 s-1的动态情况进行了试验。在动态加载过程中,采用了航天四院设计的脉冲压力发生器和外压试验装置,该装置可在10~200 ms将结构件加载至破坏。试验结果表明:复合材料壳体具有比较明显的应变率相关性,与准静态加载条件相比,当应变率达到0.105 s-1时,Φ200 mm的复合材料壳体其外压承载能力可以提高1.55倍左右。 展开更多
关键词 火箭发动机 复合材料 动态载荷 应变率
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基于ANSYS的复合材料壳体封头内压变形数值模拟分析 被引量:4
17
作者 杨乐 朱涛 +1 位作者 杨喜军 刘洪城 《玻璃钢/复合材料》 CAS CSCD 北大核心 2014年第6期12-15,共4页
为了分析复合材料壳体封头在内压作用下的变形规律,本文针对椭球比为1.7的复合材料壳体前封头,采用ANSYS商业软件中的层合单元对其进行分析,数值模拟与水压试验结果基本一致。首先模拟了椭球比为2.0的复合材料壳体前封头,结果表明,前开... 为了分析复合材料壳体封头在内压作用下的变形规律,本文针对椭球比为1.7的复合材料壳体前封头,采用ANSYS商业软件中的层合单元对其进行分析,数值模拟与水压试验结果基本一致。首先模拟了椭球比为2.0的复合材料壳体前封头,结果表明,前开口至赤道部位经线方向顺纤维应变表现为先增加后较小的规律,同时,前封头部位的最大位移发生在封头部位经线方向的中部;另外,对比分析了椭球比为1.7的封头比和椭球比为2的封头内压应变,前者应力变化更均匀,符合复合材料壳体的等应力封头设计要求。 展开更多
关键词 复合材料 前封头 椭球比
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复合材料层合圆柱壳体缓冲吸能的实验与模拟 被引量:7
18
作者 宋毅 王璠 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第12期140-145,共6页
根据复合材料层合圆柱壳体受轴向冲击作用下的动力学,通过准静态压缩实验对标准型和采用花瓣型引发方式的玻璃纤维增强复合材料(GFRP)层合圆柱壳体的缓冲吸能特性进行了研究,运用ANSYS/LS-DYNA基于Chang-Chang失效准则判断的模型对落锤... 根据复合材料层合圆柱壳体受轴向冲击作用下的动力学,通过准静态压缩实验对标准型和采用花瓣型引发方式的玻璃纤维增强复合材料(GFRP)层合圆柱壳体的缓冲吸能特性进行了研究,运用ANSYS/LS-DYNA基于Chang-Chang失效准则判断的模型对落锤冲击下复合材料层合圆柱壳体的动力响应过程进行了模拟,标准型复合材料层合圆柱壳体模拟的结果与关键性实验数据能较好地吻合,其中4 ms时刻的速度、位移、加速度以及加速度峰值的误差分别为19.5%,12.0%,6.4%,14.6%.而花瓣型复合材料层合圆柱壳体在引发方式上的改进使得材料在比吸能上有所提高,而且能极大地降低初始荷载峰值并延长到达峰值所需的压溃位移长度.利用基于Chang-Chang失效准则判断的模型可准确模拟压溃过程和材料的失效现象。 展开更多
关键词 复合材料 层合圆柱 ANSYS/LS-DYNA 冲击 仿真
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纤维缠绕复合材料壳体中金属嵌件的受力分析及优化设计 被引量:2
19
作者 段登平 杜善义 韩杰才 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第2期37-42,共6页
本文对一纤维缠绕复合材料壳体中金属嵌件进行了受力分析及形状设计。通过受力分析与设计使得复合材料与金属嵌件接触面应力分布合理化,保证了接触面的变形协调,得到了优化的金属嵌件形式。
关键词 复合材料 金属嵌件 接触 受力 纤维缠绕
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基于ANN的复合材料变厚度壳体固化变形预测 被引量:6
20
作者 焦俊婷 于霖冲 《玻璃钢/复合材料》 CAS CSCD 北大核心 2006年第5期3-5,31,共4页
研究目的是建立基于人工神经网络的复合材料固化变形预测模型。复合材料固化变形的多因素性致使很难得到精确的解析解。应用人工神经网络方法结合实验实测数据,模拟复合材料各项参数与变形间的非线性关系,对相同材料(玻璃钢)在相近固化... 研究目的是建立基于人工神经网络的复合材料固化变形预测模型。复合材料固化变形的多因素性致使很难得到精确的解析解。应用人工神经网络方法结合实验实测数据,模拟复合材料各项参数与变形间的非线性关系,对相同材料(玻璃钢)在相近固化条件下的固化变形进行预测,计算速度快,精度高,为固化变形的预测控制提供了一种新方法。 展开更多
关键词 人工神经网络 复合材料 玻璃钢 固化变形 预测
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