【摘 要】
：
随着冰雹等强对流天气出现频率的逐年增加,飞机机体材料在冰弹撞击载荷作用下的毁伤特性研究引起了国内外学者的关注。与传统金属材料相比,碳纤维复合材料具有各向异性、铺层结构复杂以及失效形式多样的特点,加大了冰弹撞击碳纤维复合材料毁伤特性研究的难度。现阶段研究还相对薄弱,其动态力学响应特性及毁伤特性尚不明确。本文以飞机机体中广泛使用的碳纤维/双马来酰亚胺（CF/BMI）复合材料为研究对象,采取实验与数值计
论文部分内容阅读
随着冰雹等强对流天气出现频率的逐年增加,飞机机体材料在冰弹撞击载荷作用下的毁伤特性研究引起了国内外学者的关注。与传统金属材料相比,碳纤维复合材料具有各向异性、铺层结构复杂以及失效形式多样的特点,加大了冰弹撞击碳纤维复合材料毁伤特性研究的难度。现阶段研究还相对薄弱,其动态力学响应特性及毁伤特性尚不明确。本文以飞机机体中广泛使用的碳纤维/双马来酰亚胺（CF/BMI）复合材料为研究对象,采取实验与数值计算相结合的方法,围绕材料的动态力学响应特性,对冰弹模拟冰雹撞击下CF/BMI复合材料的毁伤特性开展了系统研究。本文主要研究内容包括:（1）开展了冰弹正撞击CF/BMI复合材料实验。采用一级轻气炮加载系统、液氮冷却系统对CF/BMI复合材料靶板进行4组不同速度下的冰弹高速撞击实验,通过高速摄像机采集系统、应变测试系统及冲击压力测试系统,研究了冰弹撞击CF/BMI的过程以及CF/BMI复合材料靶板的动态响应过程,对比了不同撞击速度下CF/BMI复合材料靶板着靶点处应力、应变的时程变化规律及宏观尺度毁伤形貌,并采用SEM对撞击后CF/BMI复合材料的进行微观了微观结构表征,明确了实验中冰弹撞击下CF/BMI复合材料的动态力学响应及不同尺度的毁伤特性。（2）建立了复合材料冲击毁伤的理论模型。推导了正交各向异性本构模型、纤维卷曲起伏本构模型及Cohesive粘性单元本构模型的计算公式,为下文冰弹撞击碳纤维增强复合材料靶板进行数值模拟提供了必要的理论支撑。（3）通过有限元软件ABAQUS/Explicit开展了实验工况条件下冰弹正撞击CF/BMI复合材料的数值模拟分析。基于SPH方法建立了率相关的冰弹有限元模型,并在冰弹内部插入0厚度的Cohesive单元用以模拟撞击过程中冰弹裂纹的萌生和扩展;采用C3D8R单元建立具有编织结构的CF/BMI复合材料靶板模型,靶板内部各铺层间引入Cohesive单元模型模拟分层失效。通过对比冰弹撞击实验过程中靶板着靶点处冲击力时程曲线、宏观与微观破坏形貌,验证了有限元模型的可靠性;利用建立的有限元模型对CF/BMI靶板内部层内及层间应力时程曲线、分层失效形貌进行提取,探究了微观尺度下CF/BMI复合材料靶板的毁伤特性。（4）采用实验与数值模拟相结合的方法,研究了冰弹斜撞击CF/BMI复合材料靶板的动态力学响应及毁伤特性。基于建立的冰弹垂直撞击CF/BMI的实验系统,通过改进靶架建立了冰弹斜撞击CF/BMI的实验系统,开展了典型入射角度45°和60°下的撞击实验;利用建立的冰弹撞击CF/BMI复合材料的有限元模型,通过改变冰弹入射角度（45°、60°）,实现了冰弹斜撞击CF/BMI的数值模拟;利用建立的有限元模型,通过改变冰弹入射角度、冰弹撞击速度及冰弹尺寸的方式,研究了不同参数对CF/BMI复合材料抗冰弹冲击性能的影响规律。
其他文献
目前,国内外普遍采用的火控系统主要分为两种类型:简易火控系统、稳像式火控系统。其中,简易火控系统装有目标平均角速度测量装置,稳像式火控系统装有目标瞬时角速度传感装置。在目标瞬时角速度传感装置中,由角速度工况板进行测量目标的瞬时角速度,可起到提高对运动目标射击命中率的关键作用。然而,在实际的射击训练实践当中,往往发现角速度工况板存在着故障率高、故障点难以诊断、故障维修成本较大等问题。因此,对角速度工
磨损是武器装备关键构件失效的主要因素,为了延长易磨损关键构件的使用寿命,以特殊工况易受磨损的火炮身管材料CrNi3MoVA钢为基体,开发高耐磨性涂层材料。钨合金具有高硬度、高强度、高韧性、耐高温等优异性能,在航空、航天、武器装备等关键领域中应用广泛。本文将W-Ni-Fe-Co作为电极材料,在空气和氩气两种气氛下,采用电火花沉积技术,在CrNi3MoVA钢表面制备了钨合金涂层,采用高精度天平研究电极
随着新时代军事科技的日新月异,智能算法、虚拟现实等技术的融入现代战争,以巡飞弹作为代表的灵巧弹药是智能化弹药技术和无人机技术等相结合的产物,针对于巡飞弹在作战任务中飞行轨迹,其航迹规划尤为重要。考虑到巡飞弹自身性能、战场区域威胁、作战任务需求等约束条件,规划出一条保证巡飞弹安全避障威胁抵达目的地执行作战任务的飞行轨迹显得尤为重要。本文对于巡飞弹航迹规划和智能算法中的关键技术问题进行了研究。针对航迹
机场跑道是机场的重要基础设施,是军事行动中的重要打击目标。使用子母弹打击机场跑道是争夺制空权的常用手段之一,本文开展子母弹对机场跑道的毁伤评估研究,建立了子弹抛撒外弹道模型和子母弹对机场跑道的毁伤效能计算模型,开发了子母弹对机场跑道毁伤效能评估系统,具有较高的应用价值。对机场跑道目标易损性分析,分析了机场跑道的结构组成及结构功能特性,讨论了机场跑道的封锁模式,结合最小起降窗口给出了对机场跑道的封锁
随着国防事业的发展,作为弹药系统最理想电源的热电池,由于其体积小、瞬时能量高、便于储存等优点,更加广泛的应用于导弹以及航空等领域。随之而来的便是对于热电池的需求逐渐加大,以传统手工装配方式生产热电池显然不能满足国防事业的发展。因此,以提高生产效率、稳定性以及合格率为目标的热电池自动装配技术的研究,已经成为国防领域发展的迫切需要。在本文中,依据传统手工装配工艺原理,研究了一种热电池自动化装配技术,实
随着科学技术的发展,信息技术与微电子技术与武器装备结合产生的弹道修正弹,极大的提高了弹药射击精度。运用有限元流体模拟仿真与数学计算手段,研究二维修正弹的气动特性与修正策略,可以使得弹丸修正更加精确。根据国内外二维修正弹产品型号发展与理论研究,阐述研究二维修正弹的气动特性与修正策略的意义与方法。确定使用普通122mm弹丸上加装鸭舵式修正引信,组合形成二维修正弹进行研究。并运用流体理论分析鸭舵—弹组合
伴随着北极航道逐渐的开通,北极圈内的石油与天然气资源得以开发,其战略地位凸显,碎冰、浮冰与水相互融合是北极航道的特殊性,而潜射导弹的独特性,是维护航道安全最有效的保障。本课题用运动体模拟潜射导弹,主要研究运动体在冰水介质耦合下的运动状态,揭示运动体穿越冰水混合区域诱发的碎冰与水、碎冰与运动体相互作用的机理,为运动体穿越冰水混合区域的前沿应用奠定基础。为了研究运动体与冰水介质之间的相互作用,采用耦合
芳纶纤维增强复合材料（AFRP）具有比强度高、抗冲击性能好等优越的物理性能,广泛应用于航空航天、装甲防护和武器装备等领域。尤其是在航空航天领域,设备零部件装配时通常采用铆钉或螺栓进行连接,为达到装配精度,满足部件的使用要求,连接孔的精度就必须达到更高的标准。由于芳纶纤维的高度取向性,其复合材料具有复杂的多相结构并呈现各向异性,在机械加工中通常伴随毛边、分层、烧蚀等缺陷。因此很难获得理想的加工表面,
飞机螺旋桨作为飞机升力主要来源,是航空业极为关键的零部件之一。作为大型旋转构件,在实际的生产中,难免会出现由于质量分布不均而产生的不平衡量问题。这种不平衡量易导致螺旋桨在工作中存在振动、动力传递速率低下、影响本身寿命等结果,甚至还会影响飞机的性能。针对此问题,本课题研究了一种螺旋桨静平衡检测系统,用于检测飞机螺旋桨的不平衡量,并且计算和显示出不平衡量的位置和大小。本系统通过机械结构测量台内轴承卸荷
无人机技术是近年来航空领域研究的热点,随着航空电子技术、信息通信技术和智能技术的不断发展,以及深度学习技术在图像方面的应用日渐成熟,无人机领域取得了快速进步,同时随着硬件计算性能的提升,在无人机上搭载计算资源实时进行深度学习计算称为可能。针对无人机对目标进行实时追踪过程中容易出现遮挡或消失情况,导致任务失败的问题,因此本课题旨在以无人机作为平台,采用基于检测的追踪策略,通过机载计算资源对摄像头拍摄