资源描述：
《复合材料点阵结构》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、应用力学进展复合材料点阵结构杨卫范华林王斌阎勇傅强方岱宁庄茁清,北京华大学工程力学系摘要提出了点阵复合材料新概念提出了碳纤维树脂基点阵复合材料和镁合金金刚石点阵材料的新构想,并设计了,四种材料结构的几何构形给出了材料试验件的制备方案并对连续碳纤维树,脂基点阵材料采取网架穿插方案,制得了梁状样品件,,关健词点阵材料复合材料网架穿插模型点阵材料的发展及应用现代航天器独特的服役力学环境和性能要求导致了对其结构的设计提出了以往未曾提出的基础科学问题大结构尺度和所允许的有限重量而产生的结构超轻型化问题涉及到急
2、剧变化,的力学加载环境和大范围几何变构形而要求最佳构形设计问题结构大尺度展缩与控制隔热、,与隔振电子屏蔽和可靠运行的主动控制和智能监测的多功能化问题在传统的设计中考虑,,到减重航天飞行器大构件的结构材料通常是铝合金和复合材料来满足对结构的强度刚度等力学性能要求【‘、近年来,轻金属泡沫材料和蜂窝层板已应用于航空航天结构,“,,而格栅型结构和点阵夹层结构是当前国际上认为最有前景的新一代先进轻质超强韧材料,、‘司,已经开始应用于航天结构、,图是应用于卫星结构的示意图,另一方面现代空天飞行器部件
3、在承载,,的同时如能提供功率执行传感制动使之具有可执行结构延展与收缩、管理散热以及,实现推进和可靠性智能监侧的多功能则其比重量将大幅降低‘”,在空天飞行器大构件设计中要考虑三个主要的技术因数材料的选择、形状的利用与拓扑优化和多功能性即现代的航空航天大构件不仅与与材料的设计、制备有关,而且与结构和材料的协同优化有关,,‘、‘】然而,在传统的设计中,结构中一部分材料是用来满足对结构的强度刚度,等力学性能要求另一部分材料则用来满足隔热、隔振或电子屏蔽等要求这种材料的设计,与选择与结构功能的分离设
4、计不能同时满足,上述技术要求更不能在大幅度降低重量的同,图新型点阵材料应用于卫星主体结构时实现多功能的目标呻,一例如研究,,表明传统的航天部件即使经过上述优化其用于承载的部件仍经常超过完成特定任务所允许的重量范围为了满足航天大构件的超轻结构杨卫等复合材料点阵结构设计轻质、高强度、高韧度和防湿热和多功能性执行传感、冷却、推进和制动等功能要,,求力学和材料工作者对此所面临的挑战是如何发明一种新型的航天轻质多功能材料建立完整的理论体系来描述其不同功能及相应的指标参数而新型的点阵夹层结构功能材料的设
5、计正是顺应实现了汇材料设计、结构设计和功能设计为一任的协同优化设计这一理念、‘目前国际上通常采用两种点阵材料制备工艺制备方法之一是利用快速成型方法制成塑胶,原型在经由浇注、物理沉积等手段制成金属基材料另一种简单有效的制备方法是在真空加热炉内利用金属烧结的原理制造各种金属多孔材料提出可行的制备技术方案,如可真空压力下的低温低压固化技术,子结构拼装固化技术,接头连接技术等轻质点阵复合材料的优化设计一具有拉伸主导型细观应力状态和高比耗能下的结构优化设,计设计的目标为使当受剪应力载荷时点阵杆处于拉
6、压状态而不受弯曲载荷。获得相同载荷指数下的最小重量指数化塑性绞式破坏为扩散式的整体破坏如果高刚度、高强度是首要设计参数如航天器主承力结构,研究表明静不定有序点阵多,孔材料是作为层芯的首选但需针对各种宏观和局部的破坏模式对面板和层芯材料同时进行最轻重量设计以达到预定的承载目标例如,在航天器返回大气层时,由于摩擦而引起的表面温度极高,必须采取有效的冷却措施散热,但同时又不能过多增加系统重量研究重点之一是建,立合理的目标函数以及相关的力学和热传导流体力学理论对层状结构的承载和散热能力进行同步优化设计点
7、阵多孔层芯材料除了承载,自身也是优良的紧凑热交换器,因而不必求助于附加冷却装置,如果要求承载结构同时具有显著的促动!功能则须选择具有静定点阵结构的多孔材料作为层芯并对层合结构进行优化设计,以在规定承载下达到最大位移面板则由智能材料如形状记忆合金、压电塑料或压电陶瓷制成此外,也将考虑层芯点阵多孔材料自身的多功能性,由分布其间的微电子元件及晶体管对不同功能进行操控并提供相应的功率因此,在,,点阵复合材料的优化设计中将在静不定有序点阵结构中根据准则选择加入静定杆系材料根据该准则,静定材
8、料必须满足二一的关,。系式其中。和分别是点阵杆件和点阵结点总数每一点阵结点连接三个不在同一平面的杆件而形成三维静定杆件材料的单元体上述点阵静定材料不含内应力更重要的是,未促动杆件不会阻碍某些杆件因促动而引致的伸长或缩短碳纤维树脂基点阵复合材料选择材料的基本原则是导致具有更轻结构重量
