复合材料圆柱空间点阵结构稳定性分析

《复合材料圆柱空间点阵结构稳定性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学术论文RESEARCH复合材料圆柱空间点阵结构稳定性分析StabilityAnalysisofCompositeCircularLatticeStructure第二炮兵工程学院廖英强西安航天复合材料研究所刘勇琼【摘要】为获得高承载效率的复合材料空间点阵结构，利用有限元法对复合材料圆柱空间点阵结构的稳定性进行了分析。结合ANSYS的二次开发语言APDL编写了圆柱空间点阵结构参数化设计程序，并运用该程序研究了空间点阵结构栽荷质量比随内蒙皮厚度、外蒙皮厚度、内蒙皮缠绕角度以及外蒙皮缠绕的变化规律。研究结果表明：(1)当内外蒙皮的缠绕角度都为90。时，空间点阵结构的载荷质量比最低；

2、(2)当内外蒙皮的缠绕相同时，空间点阵结构的效率不是很高。(3)当内外蒙皮的缠绕角度不同且选择适当时，空间点阵结构的载荷质量比可以更高。关键词：APDL稳定性空间点阵结构复合材料【ABSTRACT】Inordertoattaincompositelatticestructureswithhighload-carryingefficiency，stabilityofcompositecircularlatticestructuresareanalyzedbyusingFEM．ParametricdesignprogramiscompiledwiththeAPDLlanguage

3、ofANSYS．Changinglawofload—to—massratiowhichisaRachedtothicknessofinnerskin，thicknessofouterskin，windingangleofinnerskinandwindingangleofouterskinisresearchedbyutilizingthedesignprogram．Asaresult，whenwindinganglesofinnerskinandouterskinareequalto90degree，load-to—massratioofcircularlatticestr

4、ucturesisthelowest．Inaddition，whenwindinganglesofinnerskinandouterskinaretheequalvalue，efficiencyoflatticestructuresisnottoohigh-er．Whenwindingangleofinnerskinandouterskinarenottheequalvalue，andareappropriatelyselected，load-to—massratiooflatticestructurescanbemorehigher．Keywords：APDLStabili

5、tyLatticestructureComposite航天、航空领域对材料的结构和质量有特殊要求，在保证结构可靠性的同时，需要其质量越轻越好Ⅲ。2000年左右，在西方材料学界，哈佛大学的Evans教授、剑桥大学的Ashby教授、MIT的Gibson教授等人率先66航空制造技术·2011年第19期提出了一种新的空间结构——空间点阵夹层结构『24】，见图I。目前，国外研究人员主要集中于平板形金属空间点阵结构力学性能、成型工艺等的研究[4-1210国内以北京大学方岱宁为代表的课题组的研究人员已经在树脂基及炭／炭平板形空间点阵结构的制备、性能表征、力学性能设计与分析、多功能设计等方面

6、开展了大量的工作[13-14],西安交通大学的卢天健课题组则对金属空间点阵结构的制备、设计及表征方面开展了大量的研究工作[1510众多研究结果也表明：该结构在力学性能上具有高比强度、高比刚度、剪切强度及抗疲劳性能高等优点，因此，将其应用于同体火箭发动机上将进一步降低结构的质量，有效提高武器系统工作过程中的性能稳定性和工作可靠性。此外，空间点阵结构作为一种新概念结构材料，未来可以拓展应用到卫星、航天飞机、宇宙飞船以及空天飞行器上。(a)四面体型空间点阵结构(b)3DKagome型空间点阵结构图1不同形状多面体的空间点阵结构Fig．1Latlicestructurewithvar

7、iedshapes影响圆柱形复合材料空间点阵结构承载效率的设计参数主要包括内外蒙皮厚度、缠绕角度、纵向点阵数目、环向点阵数目等。由于设计参数众多，无法通过经验预测空间点阵结构的承载能力，而采用有限元数值分析技术对空间点阵结构的性能进行分析计算是一种快速便捷有效的方式。因此，本文采用有限元法对复合材料圆柱空间点阵结构进行了分析，结果表明：(1)当内外蒙皮的缠绕角度都为900时，空间点阵结构的载荷质量比最低；(2)在内外蒙皮总厚度一定的条件下，外蒙皮厚度大于内蒙皮厚度的方案更优；(3)当内外蒙皮的缠绕角度相