復合材料格柵結構力學性能分析與制備.pdf

1、復合材料格柵結構綜合運用了結構減重的兩類措施以提高結構效率：采用輕質、高強的纖維/樹脂基復合材料制備；選用輕量化構型設計。該類構件符合航空宇航飛行器大跨度構件輕量化的需求。其中，IsoTruss?結構和先進格柵加筋結構（Advanced Grid Stiffened structure，簡稱AGS）分別為典型的一維和二維格柵結構。這兩類格柵組成相似，應用領域互補，力學性能分析方法、制造工藝等均可相互借鑒。本文以這兩類格柵結構為研究對象，

2、綜合研究這兩類格柵結構的軸壓力學性能及制備工藝。主要的研究工作及成果：
　?。?）復合材料格柵軸壓屈曲仿真分析。建立一維和二維格柵結構參數(shù)化有限元建模方法，并采用Patran參數(shù)命令語言（Patran Command Language，簡稱PCL）程序化。應用范例顯示該程序能夠高效的實現(xiàn)兩類格柵結構有限元建模。同文獻中同類構件的試驗測試結果對比分析表明：該建模方法所形成的有限元分析結果準確可信。最后，運用該程序對兩類格柵結構進行屈

3、曲特性仿真分析。
　?。?）復合材料格柵軸壓力學性能理論預測。采用理論預測模型預測一維格柵結構在軸壓載荷作用下的整體屈曲、局部屈曲和柱殼屈曲的臨界載荷。綜合三類理論預測模型，繪制一維格柵屈曲失效邊界曲線，分析結構參數(shù)與屈曲失效模式的關聯(lián)關系。此外，發(fā)現(xiàn)一維格柵材料破壞后仍能夠二次承載的特性。針對這一特性，建立一維格柵的軸壓極限承載力和剩余承載力理論預測模型，其預測結果同試驗測試吻合。該方法進一步完善了一維格柵失效模式理論預測體系。

4、最后，總結和分析了二維格柵整體屈曲、局部屈曲和材料破壞的典型理論預測方法，并與有限元仿真分析結果進行對比分析。
　?。?）復合材料一維格柵結構制備。設計一種柔性成型模具。該模具裝卸便捷。為便利該模具的設計，進一步建立了構件參數(shù)對模具關鍵零件設計參數(shù)的約束關系。此外，為降低致密化工藝的工作量，采用了一種局部致密化工藝。局部致密化工藝中，僅對縱向柵條進行致密化，能夠至少減少2/3工作量。軸壓力學性能測試結果表明：較未致密化構件，局部致

5、密化構件的極限載荷較未致密化構件提高47％；較全致密化構件，局部致密化構件的極限載荷與剛度并未削弱。全致密化構件和局部致密化構件的平均極限載荷質量比為620.4kN/kg，平均剛度質量比為650.4（kN/mm）/kg。
　?。?）復合材料二維格柵結構制備。設計一種可組裝、低成本的成型模具。該模具由軟模和可組裝芯軸組成。采用該成型模具進行二維格柵構件的連續(xù)纖維濕法纏繞。通過在纖維纏繞過程中，調整纖維預緊力和樹脂含量，使制備構件工藝