【摘要】： 通過數(shù)值計算的方法初步確定了大跨度復(fù)合材料支架的整體結(jié)構(gòu)。利用ANSYS對支架系統(tǒng)進行了有限元建模;分析和確定了支架可能承受的主要載荷及其加載方式;在不同加載方式下分別求解出支架系統(tǒng)的最大位移及應(yīng)力分布狀態(tài)。計算結(jié)果表明,所設(shè)計的大跨度復(fù)合材料支架系統(tǒng)滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)強度和使用要求。 對大跨度復(fù)合材料支架的模塊化組裝單元、連接方式和架撤方式進行了設(shè)計,利用等剛度鋼管制成的桁架對架撤方式進行了實驗驗證,結(jié)果表明所設(shè)計的大跨度復(fù)合材料支架系統(tǒng)滿足使用要求和操作要求。 通過單拱鋼管支架的側(cè)向、垂直加載實驗,確定了外加載荷與支架側(cè)向、垂直方向位移之間的關(guān)系,并與數(shù)值模擬結(jié)果相比較。結(jié)果表明,在與實際風(fēng)載相當(dāng)?shù)耐饧虞d荷作用下,測量得到的側(cè)向、垂直方向的位移符合支架安全、穩(wěn)定性的要求。計算值與實驗值的變化趨勢相同。 針對復(fù)合材料套管接頭與插接鋼管/復(fù)合材料管間接觸條件建立了有限元分析模型,發(fā)現(xiàn)在彎曲、壓縮及扭轉(zhuǎn)載荷的單獨作用下,隨著摩擦系數(shù)的增加,接觸面上正應(yīng)力逐漸減小,而摩擦力則呈現(xiàn)逐漸增大的規(guī)律。利用Tsai-Wu強度準(zhǔn)則對復(fù)合材料管接頭的強度進行了分析。結(jié)果表明,隨著摩擦系數(shù)的增大,在彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下的復(fù)合材料管接頭安全裕度增加;壓縮載荷作用下,安全裕度逐漸減小。根據(jù)實際使用要求,接頭主要承受的是彎曲載荷,因此通過表面處理等手段增加接觸面的摩擦系數(shù),能在一定程度上提高接頭的安全裕度。 基于優(yōu)化設(shè)計的理論與方法,對復(fù)合材料管接頭與鋼管/復(fù)合材料管插接連接兩種情形下,管接頭的壁厚進行了優(yōu)化。結(jié)果表明,在各種以彎曲載荷為主的載荷形式下,最優(yōu)化壁厚隨摩擦系數(shù)的增大而減小,壓縮載荷對最優(yōu)化壁厚的影響比扭轉(zhuǎn)載荷要大得多。針對T型復(fù)合材料接頭與插接復(fù)合材料管間的接觸條件及受載方式建立了有限元分析模型,求解得到在彎曲載荷作用下接觸面上正應(yīng)力、摩擦應(yīng)力隨著摩擦系數(shù)的變化規(guī)律。利用Tsai-Wu強度準(zhǔn)則對接頭的強度進行了分析。結(jié)果表明,隨著摩擦系數(shù)的增大,T型接頭接觸面上的最大正應(yīng)力略有增加,但增幅并不明顯,最大摩擦應(yīng)力明顯增加,接頭的安全裕度減小。
【圖文】：

這對航空航天及軍事領(lǐng)域來說具有重要意義。§1.1 復(fù)合材料桁架結(jié)構(gòu)合材料桁架結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用天領(lǐng)域，衛(wèi)星系統(tǒng)減重是當(dāng)今世界各國普遍遇到的一個技術(shù)難題[2][3][4量就可以減少發(fā)射成本，增加衛(wèi)星有效載荷。所以世界各國都著重發(fā)展金屬材料[7][8][9][10][11]。隨著空間技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合材料桁架結(jié)構(gòu)已越來，先進復(fù)合材料桁架式結(jié)構(gòu)越來越多地應(yīng)用到了衛(wèi)星結(jié)構(gòu)中。圖 1.1 為型復(fù)合材料桁架結(jié)構(gòu)。桁架式結(jié)構(gòu)的主體由桁架桿件和桁架接頭通過連這種結(jié)構(gòu)可以有效的減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，提高衛(wèi)星的承載能力和航天飛機的運的衛(wèi)星以及國際空間站廣泛采用這種結(jié)構(gòu)[12]。

國 防 科 學(xué) 技 術(shù) 大 學(xué) 研 究 生 院 學(xué) 位 論 文航天器發(fā)動機產(chǎn)生的巨大推力經(jīng)由推力支架傳遞到航天器整體結(jié)構(gòu)上，從而推動航飛行前進。空間桁架結(jié)構(gòu)是大載荷下的主承載結(jié)構(gòu)，如美國航天結(jié)構(gòu)集團Goodrich公NASA的“冒險星”生產(chǎn)的GRID-LOCK 桁架結(jié)構(gòu)，包括連接液氧貯箱和液氫貯箱M7/APC2 成型桁架結(jié)構(gòu)，連接發(fā)動機與兩個液氫貯箱的碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料和硼-碳/環(huán)氧混雜復(fù)合材料多功能推力桁架結(jié)構(gòu)；日本ERS-1 衛(wèi)星殼體內(nèi)部主要由M40 纖維的φ0.5mCFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastic，碳纖維增強塑料）的推力筒是主承件，，用以支撐設(shè)備架、太陽電池陣和設(shè)備架上固定的各種儀器設(shè)備[13]。圖 1.2 為應(yīng)航天器推力支架上的復(fù)合材料桁架結(jié)構(gòu)。
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TH122

【引證文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 胡曉蒙;Y型和K型復(fù)合材料桁架接頭承載性能分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

本文編號：2674962