碳纤维格栅结构力学性能研究.pdf

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1、第24卷第5期Vol.24No.5工程力学2007年5月May2007ENGINEERINGMECHANICS42文章编号：1000-4750(2007)05-0042-05碳纤维格栅结构力学性能研究范华林，孟凡颢，杨卫(清华大学工程力学系，北京100084)摘要：为了得到轻质高强点阵材料和预测点阵材料的力学性能，应用嵌锁工艺设计和制备了混合三角格栅。根据连续介质力学方法预测拉伸主导型点阵格栅的等效刚度。对试件进行了面内压缩试验和三点弯曲试验，对比试验刚度和试件破坏模式说明了等效连续介质理论模型的可行性和

2、点阵材料的优越性。关键词：点阵结构；嵌锁格栅；碳纤维；等效刚度；试验研究中图分类号：TB383文献标识码：ASTRUCTURALMECHANICSOFLATTICEGRIDSREINFORCEDBYCARBONFIBERSFANHua-lin,MENGFan-hao,YANGWei(DepartmentofEngineeringMechanics,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract:Toobtainthemechanicalpropertieso

3、falatticematerialwithlargespecificstiffnessandspecificstrength,interlockedmethodwasintroducedtodesignandmanufacturemixedtriangularlatticegrids.Theeffectivestiffnessofthestretchingdominatedlatticestructureswereanalyzedbycontinuummethodcombinedwithfiniteele

4、mentmethod.Thecompressionandthree-point-bendingpropertiesofthegridswereachievedbyexperiments.Thepredictedstiffnesswasveryclosetothetestedvaluesandthevalidityofthecontinuummethodwasproved.Thesuperiorityofthegridsinmechanicalbehaviorswasillustratedbythetest

5、s.Keywords:latticestructures;interlockedgridstructures;carbonfibers;effectivestiffness;experiments[5]现代航空航天器结构设计提出了大结构尺度平面点阵结构拉伸主导型几何构形要求，因此格和结构超轻型化问题。在传统的设计中，航天飞行栅肋板主要承受轴向拉压作用，结构承载力高；器大构件的结构材料通常采用铝合金和复合材料(2)由于三角形单元的存在，格栅结构自稳定来满足减重和对结构的强度刚度等力学性能要求。性高，结构抗屈

6、曲能力强；近年来，轻金属泡沫材料和蜂窝层板已应用于航空(3)格栅结构减重效果明显，比强度和比刚度[1]航天结构，而点阵格栅和及其夹层结构是当前国高，具有很高的重量效率；际上认为最有前景的新一代先进轻质超强韧材料，(4)格栅结构的空间开放构形使得结构可以进[2~4][2,3]已经开始应用于航天结构，如火箭承力筒和行多功能设计，如形成隐身结构夹层等；[4]太阳能电池帆板结构。格栅结构具备以下特点：(5)格栅的空间开放构形同时便于检测和补(1)图1所示的三角形和六角形格栅，都满足修。——————————————

7、—收稿日期：2005-07-15；修改日期：2006-01-06基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2003AA754033)作者简介：范华林(1974)，男，四川人，博士，主要从事结构工程和点阵复合材料研究(E-mail:fhl02@mails.tsinghua.edu.cn)；孟凡颢(1966)，男，山东人，副研究员，博士，从事复合材料工艺研究；杨卫(1954)，男，北京人，教授，博士，从事力学与航天航空结构研究.工程力学43[6~10]目前主要有以下几种工艺措施：1嵌锁格栅计算理论(

8、1)将单向板或波纹板加工成窄条作为格栅肋1.1等效刚度矩阵计算方法条，粘贴于面板上形成格栅结构；点阵格栅单元是由多组不同方向的基本杆件单元组成的周期结构。单元长度一般在厘米量级以下，远小于工程结构尺寸，因此可将点阵材料视作均匀连续介质，用连续介质力学的方法求解点阵材料的力学参数。当格栅结构由3组或大于3组在各自方向上平行的杆件组成，或每个结点处连接的杆单元不小于6时，点阵结构满足平面拉伸主导型几何构形要[5](a)三角形格栅(