含内衬纤维复合材料发射筒力学性能研究

发布时间：2022-02-24 06:53

　　现代军事技术的发展要求未来武器装备具有轻便、机动、灵活快速反应和全方位生存防护能力等特点,因此必须大力发展新型结构和功能材料。发射筒作为一类常用的武器装备,也开始大力开发和应用新型材料,其中纤维增强复合材料具有比强度和比刚度高、耐腐蚀、破损安全性好、疲劳寿命高及可设计性好等优点,是目前比较成熟且应用最为广泛的一类新型材料。但纤维复合材料的抗烧蚀能力和密闭性较差,所以一般在纤维复合材料发射筒的内壁附加一层金属材料,这种发射筒作为一类新型复合材料结构,被广泛应用于武器装备中。本文围绕含内衬纤维复合材料发射筒的力学性能展开研究,主要研究工作有以下几个方面：1)针对单一玻璃纤维和玻-碳纤维混杂含内衬发射筒,设计了拉伸、水压强度和抗冲击性能试验方案,测定了发射筒的刚度、强度和抗冲击性能参数,对这两类发射筒的力学性能进行了试验研究。试验结果表明,发射筒中玻-碳纤维混杂缠绕层的刚度参数高于玻璃纤维层；含内衬纤维发射筒存在两种不同的强度破坏模式；含钢内衬玻-碳纤维混杂筒的抗冲击性能低于含钢内衬玻纤筒。2)对发射筒的纤维缠绕层等效模量进行了研究。推导了单一玻璃纤维缠绕层和玻-碳纤维混杂缠绕层三维等效模量... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省211工程院校

【文章页数】：141 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
符号表
目录
1 绪论
    1.1 选题背景和意义
    1.2 相关的国内外研究概述
        1.2.1 纤维复合材料结构的刚度性能研究
        1.2.2 纤维复合材料结构的强度性能研究
        1.2.3 纤维复合材料结构的抗冲击性能研究
    1.3 本文的主要研究内容
2 发射筒的试验研究
    2.1 含内衬纤维发射筒试件
        2.1.1 含钢内衬玻璃纤维发射筒
        2.1.2 含钢内衬玻-碳纤维混杂发射筒
    2.2 发射筒拉伸试验
        2.2.1 发射筒拉伸试验方法
        2.2.2 玻璃纤维片状试件拉伸试验
        2.2.3 玻-碳纤维混杂管状试件拉伸试验
    2.3 发射筒水压强度试验
        2.3.1 发射筒水压强度试验方法
        2.3.2 含钢内衬玻璃纤维发射筒试验结果
        2.3.3 含钢内衬玻-碳纤维混杂发射筒试验结果
    2.4 发射筒抗冲击性能试验
        2.4.1 抗冲击性能试验方法
        2.4.2 抗冲击试验测得的主要试验数据
    2.5 本章小结
3 发射筒纤维材料等效模量的理论研究
    3.1 单层纤维复合材料理论
        3.1.1 各向异性材料基本方程
        3.1.2 单层复合材料应力-应变关系
        3.1.3 单层复合材料偏轴向刚度矩阵
        3.1.4 单层复合材料强度破坏准则
    3.2 多层纤维复合材料层合板壳理论
        3.2.1 层合圆柱板壳的应力-应变关系
        3.2.2 层合圆柱板壳的刚度特性
        3.2.3 层合圆柱板壳的强度分析方法
    3.3 纤维多向缠绕层的三维等效模量研究
        3.3.1 单一纤维多向缠绕层的三维等效弹性模量研究
        3.3.2 多种纤维混杂层的三维等效弹性模量研究
        3.3.3 三维等效弹性模量理论值与试验结果比较
    3.4 本章小结
4 发射筒力学性能的理论研究
    4.1 发射筒抗弯刚度的理论计算
        4.1.1 发射筒抗弯刚度的计算公式
        4.1.2 含钢内衬玻璃纤维发射筒的轴向抗弯刚度
        4.1.3 含钢内衬玻-碳纤维混杂发射筒的轴向抗弯刚度
    4.2 发射筒强度性能的理论计算
        4.2.1 发射筒应力方程
        4.2.2 发射筒边界条件
        4.2.3 发射筒强度失效准则
        4.2.4 加载和卸载过程分析
        4.2.5 含钢内衬玻璃纤维发射筒的强度计算
        4.2.6 含钢内衬玻-碳纤维混杂发射筒的强度计算
        4.2.7 强度理论计算值与试验值的比较
    4.3 发射筒抗冲击性能的理论计算
        4.3.1 发射筒本构方程
        4.3.2 发射筒运动控制方程
        4.3.3 发射筒径向位移计算
        4.3.4 含钢内衬玻璃纤维发射筒的径向位移
    4.4 本章小结
5 发射筒力学性能的有限元数值分析
    5.1 发射筒刚度性能数值模拟
        5.1.1 三维等效模量计算有限元模型
        5.1.2 纤维层三维等效模量的模拟结果
        5.1.3 混杂效应与有限元方法的分析
    5.2 单一纤维发射筒强度性能数值模拟
        5.2.1 发射筒强度计算有限元模型
        5.2.2 发射筒的强度模拟结果分析
    5.3 单一纤维发射筒抗冲击性能数值模拟
        5.3.1 发射筒抗冲击计算有限元模型
        5.3.2 发射筒抗冲击模拟结果分析
    5.4 本章小结
6 发射筒力学性能的影响因素分析
    6.1 内衬材料的影响
    6.2 内衬厚度的影响
    6.3 纤维层材料的影响
    6.4 纤维层厚度比的影响
    6.5 缠绕角度的影响
    6.6 本章小结
7 结论与展望
    7.1 全文工作总结
    7.2 本文的创新点
    7.3 未来的工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
博士期间主要参加的科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]内外压作用下纤维缠绕厚壁柱形容器的强度[J]. 邢静忠,陈利.  复合材料学报. 2011(01)
[2]纤维缠绕/金属内衬复合材料气瓶应力分析[J]. 晏飞.  火箭推进. 2011(01)
[3]含薄弱环节复合材料圆管耐撞性研究[J]. 黄建城,王鑫伟,袁张贤.  南京航空航天大学学报. 2010(04)
[4]玻璃纤维复合材料层合板冲击后的压缩强度[J]. 蔡奕霖,周仕刚.  纤维复合材料. 2010(01)
[5]胶含量对CF/BF复合材料性能的影响[J]. 李卫东,曹海琳,刘毅佳,陈国荣,史鹏飞.  宇航材料工艺. 2010(01)
[6]纤维缠绕厚壁柱形压力容器的应力和变形[J]. 邢静忠,陈利,孙颖.  固体火箭技术. 2009(06)
[7]复合材料层合圆柱壳体缓冲吸能的实验与模拟[J]. 宋毅,王璠.  华南理工大学学报(自然科学版). 2009(12)
[8]碳纤维复合材料圆筒受外压结构分析[J]. 肖文刚,王嵘,乔仁海.  玻璃钢/复合材料. 2009(04)
[9]低速冲击下复合材料层合板分层损伤的数值模拟[J]. 程起有,童小燕,姚磊江,吕胜利,吕国志.  机械强度. 2009(02)
[10]纤维增强复合材料靶板抗钢球贯穿的工程分析方法研究[J]. 李永池,王志海,王肖钧,胡秀章.  应用数学和力学. 2009(03)

博士论文
[1]复合材料圆柱壳结构动响应及屈曲[D]. 肖汉林.华中科技大学 2006

硕士论文
[1]复合材料圆柱壳缓冲吸能特性的力学分析[D]. 宋毅.暨南大学 2008
[2]复合材料固体火箭发动机壳体强度设计[D]. 程昕.南京理工大学 2004



本文编号：3642200