【摘 要】
：
2.5D编织复合材料因其良好的静力学性能、抗冲击性能,在军事、经济生产等领域应用越来越广泛。编织复合材料因其特殊的工作环境,其力学性能不可避免的受温度、湿度的影响,三枚衬经2.5D编织复合材料作为一种特殊构型的2.5D编织复合材料,分析材料在湿热环境下静拉伸力学性能退化,是高效应用此种复合材料的基础。本文针对三枚衬经2.5D编织复合材料,在不同温度和湿度等多种工况下,分别开展经向和纬向的湿热力学行
论文部分内容阅读
2.5D编织复合材料因其良好的静力学性能、抗冲击性能,在军事、经济生产等领域应用越来越广泛。编织复合材料因其特殊的工作环境,其力学性能不可避免的受温度、湿度的影响,三枚衬经2.5D编织复合材料作为一种特殊构型的2.5D编织复合材料,分析材料在湿热环境下静拉伸力学性能退化,是高效应用此种复合材料的基础。本文针对三枚衬经2.5D编织复合材料,在不同温度和湿度等多种工况下,分别开展经向和纬向的湿热力学行为试验与数值模拟分析。主要研究工作和成果如下:（1）开展了三枚衬经2.5D编织复合材料的吸湿试验、静拉伸力学试验、细观失效机理试验。对材料进行水浴加速吸湿试验,分析其吸湿过程;在23℃半饱和吸湿、23℃饱和吸湿、150℃半饱和吸湿、150℃饱和吸湿四种工况下开展经向、纬向的静拉伸试验,分析湿热耦合作用静拉伸力学性能变化规律和损伤机理。（2）建立了经吸湿处理后的三枚衬经2.5D编织复合材料细观几何模型和刚度预测模型。利用光镜、XCT技术手段,观测材料内部细观结构。根据观测到的纤维束取向角度、排列分布规律、截面形状等要素,假设纬纱纤维束截面为双凸透镜型、衬经和经纱纤维束截面为矩形,经纱纤维束走向为三角函数,建立了基于细观结构特征的几何模型;并基于桥联模型、周期性边界条件等理论,建立了材料的细观刚度模型,仿真分析了不同工况下材料的刚度性能参量,预测结果与试验结果吻合良好。（3）利用有限元法模拟分析T800/EC230R吸湿过程与失配应力变化规律。建立纤维体积分数53%的T800/EC230R单向复合材料的二维平面吸湿模型,模拟结果所得到的吸湿过程曲线与试验结果相吻合;分析由于树脂基体与纤维单丝吸胀能力不同所产生的失配应力分布规律;结合三枚衬经2.5D编织复合材料的刚度模型,假设材料内部仅有树脂基体发生吸湿,分析材料内部由于吸湿所产生的失配应力分布规律。（4）基于Tsai-Wu失效判定准则和最大应力判定准则,建立三枚衬经2.5D编织复合材料强度预测模型与损伤扩展模型。通过编写UMAT子程序,对四种湿热工况下材料的经向、纬向静拉伸强度性能进行预报分析,仿真结果与试验结果吻合良好,将损伤扩展模型与试验件的SEM细观断口照片进行对比,分析细观损伤机理。
其他文献
质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为一种新型能源转换装置,由于其能量转换效率高、燃料来源广泛和清洁无污染等优点,近年来被广泛应用于交通运输、固定电站与移动电源等领域,以期解决当前社会发展所面临的化石燃料短缺和环境污染问题。然而,在PEMFC的实际应用过程中,系统中的（火用）损失对性能的影响至关重要,而（火用）损失最大的部件依然有待研究。所以针对PEMFC系统各部件进行设计和分析,对于提高系统效率和
航空发动机振动问题一直是国内外诸多学者关注的重点及难点。因此,在发动机制造过程中,通过分析和实测发动机的振动,采用有效措施减小振动幅值,提高发动机的持久性、可靠性以及保证飞机的安全性具有重要意义。本文针对发动机的振动问题开展了航空发动机主动振动控制系统建模以及运用新的控制算法进行主动减振的研究,并通过搭建航空发动机振动平台,采用LabVIEW编写开发新的控制算法来完成主动振动控制的实验研究。具体研
气膜冷却是航空燃气涡轮发动机热端部件冷却的重要手段之一,相较于内部冷却,气膜冷却性能的提高对总体冷却效果的提升具有主导作用;同时,气膜冷却是一个主流和气膜射流高度耦合的流动传热过程,气膜侧流动传热规律的掌握对冷却结构热分析精确度具有至关重要的影响。本文以某型航空发动机第一级涡轮叶片为研究模型,基于数值计算方法针对“动叶圆孔气膜冷却流动传热特性”、“动叶成型孔气膜冷却流动传热特性”以及“动叶气膜冷却
能源与水资源日益短缺,蒸发式冷凝器是一种节能节水的高效换热设备,在工业制冷系统中得到了越来越广泛的运用。为了提高已有顺流蒸发式冷凝器的性能,本文对蒸发式冷凝器进行试验研究与数值模拟,并进行结构优化。具体研究如下:（1）本文通过蒸发式冷凝器性能测试实验平台,研究了喷淋密度、风量对蒸发式冷凝器换热性能的影响。结果表明,在实验范围内,最佳喷淋密度为0.071 kg/（m·s）,总传热系数、制冷量、能耗比
为满足小型规模工业应用的需要,提出并研究了能源利用率高、低成本的加湿除湿（HDH）脱盐方法,该系统可以利用低品位能源,实现能源的高效利用。其中,填料作为加湿器的主要设备,对决定加湿器的运行能力起着重要的作用,因为传热传质过程主要发生在填料区,水与空气接触形成一层薄薄的水膜。因此,准确预测填料在加湿器中的传热传质性能是加湿除湿技术应用的关键。本文采用了数值模拟的方法,基于渗透传质理论开发了传热传质数
随着近年来航空发动机性能的提升,发动机舱内通风冷却设计所面临的的挑战也越来越严峻。目前在工程设计的初期阶段,设计方案多变,需要用到大量的估算,而传统的对通风冷却设计好坏进行评估使用的CFD仿真计算方法在计算效率上已无法满足现在的需求。本文立足工程需要,在研究分析了流体网络法在其它领域中的应用后,提出了一种适用于发动机舱内的二维的流体网络模型建模方法;并在此网络模型的基础上,通过对流道内一维稳态运动
组合循环发动机由于推力调节范围大、结构紧凑等优点已成为各国研究热点,更高的燃气温度有效提高了效率,与此同时也导致发动机热防护难度大的问题,喷管作为重要的热接触面,壁面温度往往超过常用材料承受能力,因此飞行器排气系统高温部件热防护问题亟待解决。由于高超声速排气系统气动环境十分复杂,流固热多物理场耦合问题突出,本文利用基于MPCCI（Meshbased parallel Code Coupling I
在航空发动机中,高压涡轮外环作为热端部件,其冷却设计至关重要。本文以某型发动机高压涡轮外环研究对象,对高压涡轮外环综合冷却特性进行试验研究。重点分析了进气角度、吹风比、主流马赫数、温比参数变化对外环燃气侧表面综合冷却特性的影响。论文利用红外测试方法,首先研究了90°垂直进气时吹风比M（0.7-3）、主流马赫数Ma（0.2～0.6）、温比τ（1.2-1.4）工况下,高压涡轮外环燃气侧综合冷却特性。研
随着发动机技术的发展,对其性能的需求也不断提高。性能退化缓解控制是智能发动机控制的重要研究方向,对于提高发动机的操纵性和经济性有着重要研究价值。但针对涡轴发动机性能退化缓解控制的研究较少,为此本文围绕涡轴发动机性能退化的特性,开展了涡轴发动机性能退化缓解控制研究工作。首先,本文基于涡轴发动机部件级数学模型开展研究,分析了性能退化对发动机状态参数的影响,并通过引入退化因子的方法建立了涡轴发动机退化模
航空发动机健康管理单元能准确的掌握航空发动机的健康状态,对提升航空发动机的安全性与可靠性,降低维修成本和维护时间具有重大的意义。航空发动机健康管理单元的研制过程中需要历经多项严格的测试与验证,其测试与验证环境就显得尤为重要。本文针对某型变循环发动机健康管理单元的研制需要,研究了传感器接口适配、传感器故障模拟、电气故障注入及发动机故障模拟等关键技术,最终形成了故障模拟样机并成功应用于健康管理单元测试