编织复合材料接头力学性能分析

论文摘要

三维多向编织复合材料作为一种新型的先进材料,可以编织任意复杂形状的构件,具有更高的强度和刚度,更高的冲击韧性和损伤容限。另一方面多向编织复合材料能有效地减轻航天器的结构质量,增加有效载荷,是当今航天新材料的研究重点和发展方向。但是以复合材料桁架结构作为卫星主结构的卫星平台在我国还是不成熟的,对于使用复合材料编织而成的结构构件的力学性能研究还较少。因此,开展卫星用编织复合材料结构的力学性能分析是迫切的和必要的。本文研究的对象是编织复合材料接头结构,接头套筒采用碳纤维编织复合材料,支撑杆件采用缠绕式石墨纤维复合材料。首先,根据复合材料接头结构的几何尺寸建立有限元模型,使用壳单元对模型进行网格划分,并用有限元分析软件ANSYS计算分析了编织复合材料接头结构在外载荷作用下,对于不同的纤维编织角度,以及在复合材料接头结构不同的位置添加加强筋的情况,给出了结构的位移和应力分布。通过分析,确立了接头结构的设计方案。接着,采用三维体单元对所确立的方案进行有限元计算。通过对计算数据的分析,发现新确立的设计方案能够满足使用要求。本文的分析结果为复合材料接头结构的设计提供了参考依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 有限单元法及应用软件简介
• 2.1 有限单元法
• 2.1.1 有限单元法概况
• 2.1.2 有限单元法基本思想
• 2.1.3 有限单元法分析步骤
• 2.2 ANSYS软件简介
• 2.3 本章小结
• 第3章 复合材料接头力学性能分析
• 3.1 接头结构有限元模型
• 3.1.1 建立接头结构几何模型
• 3.1.2 材料参数
• 3.1.3 单元网格划分
• 3.1.4 接头结构载荷与边界条件
• 3.2 接头结构有限元结果分析
• 3.2.1 纤维编织角对结构力学性能的影响
• 3.2.2 加强筋对结构力学性能的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 改进接头结构力学性能分析
• 4.1 改进接头结构几何模型
• 4.1.1 改进接头结构几何模型尺寸
• 4.1.2 改进接头结构与原模型结构的区别
• 4.2 改进后接头结构有限元结果分析
• 4.2.1 材料参数
• 4.2.2 接头结构载荷与边界条件
• 4.2.3 壳单元分析结果
• 4.2.4 体单元分析结果
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢