宇航COPV缠绕复合材料结构设计技术

《复合材料结构设计》作为复合材料与工程专业的一门核心专业课程,对培养高水平应用型本科人才具有重要作用。本文针对课程教学普遍存在的问题,通过对教学内容、课堂教学形式、实践环节等方面的教学改革与实践,结合实际教学效果,探讨了本门课程教学过程中如何调动学生学习热情、激发学生学习兴趣及提高整体教学效率的可行措施。

在飞机复合材料零件设计中,基于cad系统的设计复合材料,存在制造变形问题与复杂曲面的铺层展开形状难以确定的问题,通过基于catia的大曲面复合材料结构设计,铺层设计的同时就考虑铺层在复杂曲面上的展开形状,从而避免了复合材料存在潜在的制造变形和材料浪费问题。

某复合材料气瓶的缠绕工艺

采用三维各向异性弹性理论分析内压和轴向组合载荷下复合材料缠绕管道各缠绕层中的应力,模型考虑管壁厚度引起的拉剪耦合效应。引入hashin破坏准则研究复合材料缠绕管道的强度与铺层角度的关系。研究发现缠绕角度相同时内压引起的应力由里向外逐层增加,因此管道失效实际上由外层的应力控制。建议相邻层缠绕角度的递增量,以使各层应力状态更接近一致。

综合分析比较了同内外在大型纤维缠绕复合材料壳体研制试验,对其发展趋势及结构-工艺设计等主要问题,以及对涉及纤维,树脂基体,复合裙,壳体内外绝热层的材料,部件,检验和具体工艺问题作了分析和讨论,提出了建议和看法。

本文介绍了数控缠绕机发展状况和应用,阐述了多坐标纤维复合材料数控缠绕机的原理,并分别就缠绕机的机械系统、主控制系统和在线监控系统和缠绕工艺软件等进行了深入研究。

为了设计和制造出重量轻、工艺简单且经济实惠的电动通用飞机,提出了一种新型的复合材料结构设计和验证方法.对飞机的载荷传递进行了理论分析,采用catia对飞机结构进行建模,并使用patran/nastran进行了强度计算,根据计算结果,优化了复合材料铺层设计,采用二维图纸的形式快速完成发图.对所采用复合材料的组件和整机进行了一系列的力学试验验证,形成了一套适合轻型飞机的结构快速试验验证方法.根据不同类型零部件的特点采用不同的制造工艺,使生产成本和周期得到有效控制.设计结果、试验数据的有效性和工艺质量的可靠性已经在锐翔rx1e电动双座飞机上得到了证实,该飞机的各项性能满足设计指标要求.

提出一种新型纤维复合材料弯管缠绕机的设计,详细介绍了缠绕机的结构、组成和实现方式,并对控制系统中缠绕路径的设计和计算等关键技术进行了深入探讨。弯管模往复摆动,供料系统的吐丝头绕管模旋转,形成缠绕运动,基本实现了测地环形缠绕和管壁厚度均匀。此型复合材料弯管缠绕机既实现了自动缠绕成型,又可以保证制品的质量,解决了复合材料弯管缠绕过程的关键技术难题。

提出一种新型纤维复合材料弯管缠绕机的设计，详细介绍了缠绕机的结构、组成和实现方式，并对控制系统中缠绕路径的设计和计算等关键技术进行了深入探讨。弯管模往复摆动，供料系统的吐丝头绕管模旋转，形成缠绕运动，基本实现了测地环形缠绕和管壁厚度均匀。此型复合材料弯管缠绕机既实现了自动缠绕成型，又可以保证制品的质量，解决了复合材料弯管缠绕过程的关键技术难题。

根据航天器用复合材料气瓶高可靠性特点,对复合材料气瓶的可靠性进行了分析,气瓶的失效模式主要为泄漏和爆破,影响因素分别为疲劳寿命和承压能力,其中疲劳寿命主要受内衬影响,而承压能力主要由复合层性能决定。最后对气瓶的可靠性试验进行了描述,举例说明了气瓶的可靠度试验验证方法。

复合材料结构设计参考资料 复合材料与工程 考试形式 笔试闭卷 考试时间和地点 时间：2015年6月25日14:00--15:40 地点：材料学院a107 题型与分数分布 一．名词解释 二．填空题 三．简答题 四．计算题 1 一、绪论 1.复合材料：由两种或两种以上具有不同的化学或物理性质的组分材料组成的一种与组分材 料性质不同的新材料，且各组分材料之间具有明显的界面。 一相为连续相，称为基体；起连接增强体、传递载荷、分散载荷的作用。 一相为分散相，称为增强体（增强相）或功能体。是以独立的形态分布在整个连续相中的， 两相之间存在着相界面。（分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料） 主要起承受载荷的作用，赋予复合材料以一定的物理、化学功能。 2.复合材料分类： a按基体材料分：树脂基的复合材料、金属基复合材料、无机非金属复合材料 b按分散相形态分：连续纤维增强

由于复合材料的制造水平和一个国家的航空航天、汽车等对重量敏感的先进应用领域有着最为直接的关系，需要引起我国的重视。由于复合材料所表现出来的独特性，不能照搬传统的金属材料加工方法。基于此，本文对相关的内容进行了探讨，希望可以为相关的理论和实践提供借鉴。

复合材料层合板下陷是飞机结构中应用广泛的典型结构细节。以下陷长深比、相同方向下陷区间距、两个不同方向下陷区间距为下陷区设计变量,建立参数化有限元模型；通过下陷应力应变分布、初始失效和最终承载能力分析,确定各设计变量对下陷区结构力学性能的影响,并进行参数化设计。分析结果表明:下陷区结构最先发生损伤的部位为下陷区转折处；合理的下陷参数设计变量取值为长深比b/a≥20、主受力方向上两个下陷区间距a/h≥12、不同方向上两个下陷区间距c/a_(min)≥1.5。

由于复合材料的制造水平和一个国家的航空航天、汽车等对重量敏感的先进应用领域有着最为直接的关系，需要引起我国的重视。由于复合材料所表现出来的独特性，不能照搬传统的金属材料加工方法。基于此，本文对相关的内容进行了探讨，希望可以为相关的理论和实践提供借鉴。

提出了一种等效降温法,将缠绕张力产生的预应力等效模拟为复合材料层降温产生的预应力,通过理论推导得到了缠绕预应力与复合材料层降温量之间的计算公式,基于等效降温法并利用通用有限元软件研究了缠绕张力对环缠绕复合材料气瓶应力的影响。结果表明:随着缠绕预应力的增大,环缠绕复合材料气瓶内胆工作应力减小、复合材料层工作应力增大;缠绕张力预应力较大时会抵消自紧工艺效果,气瓶工作应力和纤维应力比主要受缠绕张力影响,在进行有限元应力分析和纤维应力比计算时应考虑缠绕张力作用。

本文介绍纤维缠绕复合材料管件的图型形成过程,并研究了影响图型的参数及纤维波动程度的计算。研究表明,缠绕图型主要取决于上一循环和下一循环在芯模周向上相隔的等分角数sp及纤维铺设到紧邻第一次循环铺设的纤维时所完成的循环数nc。nc及缠绕角的变化都会影响到纤维波动程度。

从叶片成本出发,对风电叶片的材料设计与结构设计进行了剖析,结合实例进行了\"材料/结构设计-成本模型\"影响研究;分析出对风电叶片成本影响的关键材料/结构设计因素,用以对风电叶片的设计提供指导与参考。材料组分和结构部件的角度建立的成本模型显示,对材料成本影响最大的因素为主梁部件单向玻纤材料和蒙皮夹心结构部件夹心材料,通过合理选材与优化,可以对兆瓦级40~50m叶片降低材料成本超过8%。

针对纤维缠绕/金属内衬复合材料气瓶结构复杂、参数多及设计分析困难等问题,提出了一种面向设计的纤维缠绕/金属内衬复合材料气瓶应力分析方法,并通过一个碳纤维缠绕/铝合金内衬柱形复合材料气瓶的应力分析,评估了分析方法的有效性。

为了更简便地计算出纤维缠绕复合管道在内压作用下各结构层承受的应力,本文主要采用弹性力学及三维弹性材料各向异性理论,对纤维缠绕复合材料管的结构进行力学模型简化,推导出简便适用的计算复合管道的应力公式。将本文得出的公式用ansys软件通过实例进行验证,结果表明本文推导的公式与ansys分析结果符合良好,有一定的实用价值。

面对日益恶化的环境和石油资源的枯竭,使得作为清洁能源应用典型的cng气瓶的使用逐年增加,cng汽车在国内逐渐推广使用。cng-2气瓶由于其质量轻、强度高和安全可靠等优点得到了广泛的应用。使用过程中,cng气瓶也出现了一些故障和爆炸事故,从而导致气瓶的安全分析和研究越来越受到关注。而自紧则是对气瓶安全的第一道防线,如何选择合适的自紧压力成为重中之重。本文以cng-2气瓶为研究对象,以ansys为分析工具,详细说明了自紧压力的优化过程。

主要采用弹性力学及三维弹性材料各向异性理论,时纤维缠绕复合材料管的结构进行力学模型简化,推导出简便适用的计算复合管道的应力公式。将得出的公式用ansys软件通过实例进行验证,结果表明本文推导的公式与ansys分析结果符合良好,有一定的实用价值。

1气瓶的基本结构目前车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶有两种结构,其中常用的一种如图1所示。气瓶由三部分组成:内胆;复合材料增强层;外保护层。图1内胆缠绕气瓶内胆的选取非常重要,由于直接与介质相接触,首要条件就是介质对内胆不会产生腐蚀,同时还要满足其它一些要求如:便于加工、耐高温、耐高压、要