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碳纤维复合材料/三元乙丙橡胶粘接界面性能参数表征与优化
1
作者 方世锐 丁安心 +2 位作者 杨帆 唐自佳 赵飞 《复合材料科学与工程》 北大核心 2025年第6期85-93,共9页
为获取发动机碳纤维复合材料(CFRP)/三元乙丙橡胶(EPDM)粘接界面性能参数,本文基于DCB试样和双线性内聚力模型获取了界面断裂能和试验曲线,结合利用ABAQUS搭建的DCB仿真平台,输出仿真曲线。根据仿真曲线和试验曲线的差异,建立仿真曲线... 为获取发动机碳纤维复合材料(CFRP)/三元乙丙橡胶(EPDM)粘接界面性能参数,本文基于DCB试样和双线性内聚力模型获取了界面断裂能和试验曲线,结合利用ABAQUS搭建的DCB仿真平台,输出仿真曲线。根据仿真曲线和试验曲线的差异,建立仿真曲线和测试曲线的重合度公式,作为优化的目标函数,采用响应面等优化算法求解函数最小值及其对应的变量值,获得界面性能参数的精确值。本文采用性能测试-数值仿真-优化计算相结合的方法获取了CFRP/EPDM粘接界面性能参数,并基于测试与仿真对参数进行验证,结果吻合良好,可为发动机在服役工程中出现的界面失效破坏提供判据。 展开更多
关键词 碳纤维复合材料 粘接界面 断裂能 数值仿真 反演优化
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可渗透壁自适应高度补偿喷管工作机理数值研究 被引量：2
2
作者 薛玉琴 靳雨祺 +2 位作者 何定鹏 王革 关奔 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期48-61,共14页
提出了一种带有可渗透壁面的自适应高度补偿概念喷管(可渗透喷管),对该喷管的典型工作状态进行了数值模拟并对其高度补偿机理进行了解释。数值模拟结果显示,在低落压比条件下,外界大气透过喷管可渗透段进入喷管内部,抑制了喷管壁面处的... 提出了一种带有可渗透壁面的自适应高度补偿概念喷管(可渗透喷管),对该喷管的典型工作状态进行了数值模拟并对其高度补偿机理进行了解释。数值模拟结果显示,在低落压比条件下,外界大气透过喷管可渗透段进入喷管内部,抑制了喷管壁面处的回流产生,削弱了壁面处分离斜激波的强度,从而提高了喷管的低空推力性能。而在高落压比条件下,喷管内部燃气透过可渗透段壁面泄出,削弱了燃气的膨胀能力,使得喷管的高空推力性能有所损失。当可渗透喷管的低空推力性能提升幅度大于其高空推力性能损失时,喷管即具备了高度补偿能力。对喷管的推力构成分析表明,低落压比时,喷管可渗透段处外界大气流入所导致的喷管内压升高是其具有高度补偿能力的主要原因。基础扩张比的大小对可渗透喷管高度补偿性能影响显著,可渗透喷管比传统喷管的推力提升幅度最高可达34%,不同基础扩张比的可渗透喷管低空推力补偿能力相差最大25%。将不同基础扩张比喷管的高度平均比冲进行对比可发现,存在最优的喷管基础扩张比,该可渗透喷管高度平均比冲比传统喷管高度平均比冲高3%。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 高度补偿 过膨胀 流动分离 可渗透喷管 数值模拟
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耐高温湿法缠绕树脂的制备及其应用 被引量：1
3
作者 李锐 唐晓林 +5 位作者 周鹏 郑磊 赵飞 陈浩 廖俊 黄驰 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期274-277,共4页
目前,普遍使用的湿法缠绕树脂的耐高温性能不足,制备的碳纤维复合材料难以满足新一代武器装备对性能的需求。通过采用多官能度芳香族环氧树脂作为基体,添加环氧基多面体聚倍半硅氧烷(EPOSS)形成有机-无机杂化网络结构,实现了在保证固体... 目前,普遍使用的湿法缠绕树脂的耐高温性能不足,制备的碳纤维复合材料难以满足新一代武器装备对性能的需求。通过采用多官能度芳香族环氧树脂作为基体,添加环氧基多面体聚倍半硅氧烷(EPOSS)形成有机-无机杂化网络结构,实现了在保证固体火箭发动机碳纤维缠绕壳体工艺性的同时,还显著提高了湿法缠绕树脂的玻璃化转变温度,具备较高的应用价值。结果表明:在EPOSS添加量为环氧组分的7.5%时湿法缠绕树脂具备最高的耐热性,其玻璃化转变温度高达230℃,能够满足某型号固体火箭发动机壳体的性能需求。 展开更多
关键词 环氧基聚倍半硅氧烷 环氧树脂 互穿网络结构 碳纤维 湿法缠绕
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T700/PPS热塑缠绕复合材料NOL环拉-拉疲劳行为研究及寿命预测初探
4
作者 闫磊 赵飞 +3 位作者 还大军 张盛源 王斌 肖军 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2024年第9期73-81,共9页
面向碳纤维增强聚苯硫醚(T700/PPS)热塑性复合材料缠绕构件应用,首次将NOL环试验用于拉-拉疲劳行为研究并提出寿命预测方法。基于自主研发的热塑性复合材料原位固结缠绕平台,采用T700/PPS预浸料和激光辅助缠绕原位固结工艺制备NOL试样;... 面向碳纤维增强聚苯硫醚(T700/PPS)热塑性复合材料缠绕构件应用,首次将NOL环试验用于拉-拉疲劳行为研究并提出寿命预测方法。基于自主研发的热塑性复合材料原位固结缠绕平台,采用T700/PPS预浸料和激光辅助缠绕原位固结工艺制备NOL试样;按照标准NOL环拉伸试验得到其静拉伸强度均值为2438.35 MPa,离散系数为2.0%,破坏模式表现为脆性断裂,据此静强度数据制定疲劳测试的应力水平。针对环形试验件特点设计“分瓣圆环”疲劳夹具,开展NOL环在不同应力水平下的拉-拉疲劳试验,借助红外热成像仪观测并分析其在疲劳周期内的热学行为,捕捉和分析破坏模式。针对疲劳寿命数据离散性大的特点提出便捷高效的寿命预测算法:基于K-means聚类实现快速数据筛选,构建灰色GM(1,1)模型进行NOL环疲劳寿命预测并绘制S-N曲线。结果显示,当应力水平低于静强度的47%时,疲劳寿命将超过107次,进入无限疲劳寿命阶段,为高速旋转缠绕件及热塑缠绕压力容器寿命设计提供了支撑。 展开更多
关键词 热塑性复合材料 NOL环疲劳试验 热学行为 破坏模式 数据筛选方法 寿命预测
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基于多层异质复合材料固化仿真模型构建的喷管扩张段结构参数设计 被引量：1
5
作者 许玉荣 梁纪秋 +4 位作者 祝珊 武丹 李仁府 郝磊 李毅超 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期711-721,共11页
多层异质复合材料扩张段的铺层设计与固化制度是决定该产品结构可靠性的关键。针对多层异质复合材料喷管扩张段固化成型过程中易出现结构界面不稳定,甚至层间开裂等问题,建立了一套多层异质复合材料固化仿真模型,并通过与异质复合材料... 多层异质复合材料扩张段的铺层设计与固化制度是决定该产品结构可靠性的关键。针对多层异质复合材料喷管扩张段固化成型过程中易出现结构界面不稳定,甚至层间开裂等问题,建立了一套多层异质复合材料固化仿真模型,并通过与异质复合材料平板件的固化实验结果对比验证了该模型的准确性。基于该模型研究了某发动机喷管扩张段在不同结构参数设计下的温度场、固化度场与内应力场变化特性。结果表明,复合材料的种类与铺层角度会显著影响扩张段的内应力变化,随着最外侧碳纤维环氧树脂层的铺层角度由沿轴向的0°变化到沿环向的90°,该层的内应力呈先增加后降低的趋势,而中间层和底层未受外层铺层角度的影响,内应力与固化温度变化一致。扩张段的外轮廓平滑度会显著影响外层内应力的变化,细微的弯折会引起应力集中导致该处的内应力显著增大。 展开更多
关键词 异质复合材料 发动机喷管 扩张段 固化成型 内应力 仿真
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热塑性树脂基复合材料激光原位固化研究进展 被引量：3
6
作者 冯喜平 张盛源 +1 位作者 梁群 王博 《中国塑料》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期111-124,共14页
鉴于热塑性树脂基复合材料激光原位固化技术在武器装备制造领域的巨大应用前景,为促进激光原位固化复合材料成型技术发展,本文在对激光原位固化成型技术进行国内外的研究和应用总结基础上,对激光原位固化过程所涉及的机理进行了讨论,对... 鉴于热塑性树脂基复合材料激光原位固化技术在武器装备制造领域的巨大应用前景,为促进激光原位固化复合材料成型技术发展,本文在对激光原位固化成型技术进行国内外的研究和应用总结基础上,对激光原位固化过程所涉及的机理进行了讨论,对激光原位固化实验研究进行了总结,对固化过程中的温度场仿真进行了论述,同时对该技术在航空航天领域的发展和研究方向进行了探讨。从机理研究、固化实验和温度场模拟3个方面对热塑性树脂基复合材料激光原位固化成型技术国内外的研究和应用情况进行回顾和总结,并探讨了激光原位固化技术的最新发展趋势。 展开更多
关键词 激光原位固化 热塑性 复合材料 结晶动力学 温度场 激光吸收
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基于三维八节点内聚单元的固体火箭发动机粘接界面结构分析 被引量：4
7
作者 崔辉如 王佳奇 +1 位作者 吕轩 许玉荣 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期366-377,共12页
粘接界面应力状态是固体火箭发动机三维结构完整性分析的关键。首先在内聚参数松弛效应的基础上,建立了粘弹性PPR内聚力模型,构建了三维八节点内聚单元,推导了全局坐标系下单元变换矩阵,并进行了单元分离位移场的计算,结合八节点六面体... 粘接界面应力状态是固体火箭发动机三维结构完整性分析的关键。首先在内聚参数松弛效应的基础上,建立了粘弹性PPR内聚力模型,构建了三维八节点内聚单元,推导了全局坐标系下单元变换矩阵,并进行了单元分离位移场的计算,结合八节点六面体等参单元,形成了单元内力矢量以及单元刚度阵。之后,以固化降温和点火增压两种典型工况为例,对发动机开展上述三维有限元分析。仿真结果表明,固化降温和点火增压两过程结束时,粘接界面上最大的切向内聚力分别为0.03 MPa和0.11 MPa,最大的法向内聚力分别为0.065 MPa和-0.348 MPa,均小于某发动机粘接界面的内聚强度。论文提出的基于三维八节点内聚单元的分析方法和研究结论可以为发动机粘接界面三维结构分析提供有利参考。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 粘接界面 粘弹性内聚力模型 三维内聚单元
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点火压力下药柱Ⅰ型裂纹扩展仿真研究 被引量：1
8
作者 崔辉如 喻尧 +2 位作者 王晓东 吕轩 许玉荣 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期763-769,共7页
裂纹扩展特性是含缺陷发动机药柱结构完整性分析的前提。利用非固有内聚力模型,在有限元方法的基础上结合网格拓扑操作,发展了裂纹扩展仿真方法。以圆管发动机为例,研究了指数型点火压力作用下裂纹扩展的规律。研究结果表明,裂纹张开位... 裂纹扩展特性是含缺陷发动机药柱结构完整性分析的前提。利用非固有内聚力模型,在有限元方法的基础上结合网格拓扑操作,发展了裂纹扩展仿真方法。以圆管发动机为例,研究了指数型点火压力作用下裂纹扩展的规律。研究结果表明,裂纹张开位移、裂尖横向位置在加载初期增速较大,加载末期增速较缓;随着压力因子绝对值、初始裂纹深度的增加,以及内表面均布裂纹数量的减少,裂纹张开位移会增大;压力因子绝对值越大,点火压力越大,裂纹也越容易提前扩展。初始裂纹深度的增加会在加载初期提前导致裂纹的扩展,在加载的后期,初始裂纹深度的增加反而会延迟裂纹扩展的时间。在加载的后期,尽管裂纹累计扩展次数一致,但裂纹数的增加会导致裂纹张开位移的减小,进而延迟裂纹扩展的时间。 展开更多
关键词 药柱 裂纹扩展 有限元 点火压力
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粘弹性应变能释放率的虚拟网格计算方法
9
作者 崔辉如 姜强强 +2 位作者 沈栋 吕轩 任孝宇 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期915-922,共8页
应变能释放率是粘弹性裂纹扩展判断的重要依据。为了解决低质量网格条件下的高精度粘弹性应变能释放率的数值计算问题,提出了裂纹尖端虚拟网格方法。在原始网格位移场基础上通过插值手段获得虚拟网格位移场、应力及应变场分布;基于虚拟... 应变能释放率是粘弹性裂纹扩展判断的重要依据。为了解决低质量网格条件下的高精度粘弹性应变能释放率的数值计算问题,提出了裂纹尖端虚拟网格方法。在原始网格位移场基础上通过插值手段获得虚拟网格位移场、应力及应变场分布;基于虚拟网格信息并结合虚拟裂纹闭合方法,开展应变能释放率的数值计算。虚拟网格方法在应对裂纹扩展过程中任意复杂网格形式的同时,不再需要对原始裂纹尖端进行精细网格划分。两种典型断裂模式下的算例仿真结果表明,全积分形式的虚拟网格方法可以实现低泊松比条件下应变能释放率的高精度数值计算,相对误差均在5%以内。为了应对高泊松比下的断裂问题,设计了虚拟网格方法的缩减积分方案;缩减积分方案下的应变能释放率相对误差在1%左右,计算精度较全积分方案大幅提高。 展开更多
关键词 粘弹性 裂纹扩展 应变能释放率 虚拟网格方法
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