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飞艇蒙皮材料力学性能演化规律研究

作　者: 白向红
导　师: 谭惠丰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工程力学
关键词: 平流层环境蒙皮材料力学性能测试损伤演化疲劳寿命
分类号: V250
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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引　用: 2次
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内容摘要

平流层环境下轻质高强耐候长寿命的蒙皮材料技术是开发平流层飞艇的关键技术之一。本文首先建立了平流层高低温环境的地面模拟实验方案,通过实验结果分析了蒙皮材料的力学性能变化规律和损伤特征,建立了平流层高低温环境下的蒙皮材料损伤演化预报模型。利用粘弹性理论建立了常温下蒙皮材料本构方程和变温下的蒙皮材料本构方程,得到了蒙皮材料应力、应变和温度之间的关系,分析了高低温交变环境导致蒙皮材料性能劣化的原因。进行了蒙皮材料平流层高低温交变环境的地面模拟实验,完成了不同循环周期作用下蒙皮材料的力学性能测试。实验结果表明,高低温交变之后,材料的力学性能发生了很大变化,并与材料种类、循环时间及测试条件等因素有关。建立了提出了表征蒙皮材料力学性能劣化程度的剩余刚度模型和剩余强度模型,在此基础上建立了蒙皮材料的损伤演化方程和疲劳寿命方程。该方程借助损伤变量的概念,将蒙皮材料微观的损伤情况与宏观的力学性能建立了直观联系,为下一步预测蒙皮材料的疲劳寿命奠定了基础。利用损伤演化方程预测了两种蒙皮材料平流层高低温交变条件下的疲劳寿命,建立了损伤破坏判据,其中B-1材料的疲劳寿命为56.4天,B-2材料为162.6天。本文的分析方法和结果对进一步研究蒙皮材料在平流层环境下使用性能评价提供了依据。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-23
  1.1 课题背景和意义  9-10
  1.2 飞艇技术研究历史与现状  10-16
    1.2.1 美国高空飞艇简介  11-13
    1.2.2 英国飞艇现状  13
    1.2.3 德国高空飞艇  13-14
    1.2.4 俄罗斯飞艇发展现状  14
    1.2.5 日本高空飞艇  14-16
  1.3 飞艇蒙皮材料的研究现状  16-21
    1.3.1 天然纤维  16
    1.3.2 合成材料  16-17
    1.3.3 层压材料  17-20
    1.3.4 国内外蒙皮材料发展概况  20-21
  1.4 存在的问题及不足  21
  1.5 本文主要研究内容  21-23
第2章飞艇蒙皮材料本构方程研究  23-34
  2.1 引言  23
  2.2 粘弹性理论  23-24
    2.2.1 粘弹性模型  23-24
    2.2.2 两个基本模型  24
  2.3 非线性粘弹性理论  24-28
    2.3.1 非线性粘弹性本构关系  25-26
    2.3.2 弹性回复对应原理  26-27
    2.3.3 松弛模量与蠕变柔量  27-28
  2.4 热粘弹性力学本构方程  28-30
  2.5 蒙皮材料本构方程  30-33
    2.5.1 常温下的蒙皮材料本构方程  30-32
    2.5.2 考虑温度应力的蒙皮材料本构方程  32-33
  2.6 小结  33-34
第3章蒙皮材料高低温交变实验  34-41
  3.1 引言  34
  3.2 平流层环境对蒙皮材料的性能要求  34-35
  3.3 高低温交变环境  35-36
  3.4 实验材料与试样  36-38
    3.4.1 实验用飞艇蒙皮材料种类  36-37
    3.4.2 蒙皮材料试样尺寸  37-38
  3.5 环境实验研究  38-39
    3.5.1 高低温交变实验  38-39
  3.6 实验设备介绍  39-40
    3.6.1 拉伸性能测试  39-40
    3.6.2 红外光谱分析  40
  3.7 本章小结  40-41
第4章损伤与寿命预报  41-51
  4.1 引言  41
  4.2 损伤检测方法概述  41-43
  4.3 损伤机理  43
  4.4 复合材料损伤演化的模型  43-47
    4.4.1 剩余刚度模型  43-46
    4.4.2 剩余强度模型  46-47
  4.5 疲劳寿命估算方程  47-48
  4.6 蒙皮材料的损伤演化方程  48-49
    4.6.1 蒙皮材料剩余强度模型  48-49
    4.6.2 蒙皮材料剩余刚度模型  49
  4.7 本章小结  49-51
第5章蒙皮材料的实验结果分析  51-71
  5.1 引言  51
  5.2 高低温交变对蒙皮材料性能的影响  51-59
    5.2.1 蒙皮材料的应力-应变曲线  51-54
    5.2.2 高低温对两种蒙皮材料强度的影响  54-55
    5.2.3 高低温对两种蒙皮材料弹性模量的影响  55-57
    5.2.4 红外光谱实验分析  57-59
  5.3 B-1 蒙皮材料纬向拉伸本构参数拟合  59-60
    5.3.1 两参数拟合  59
    5.3.2 六参数拟合  59-60
  5.4 B-1 材料经向拉伸本构参数拟合  60-62
    5.4.1 两参数拟合结果  60-61
    5.4.2 六参数拟合  61-62
  5.5 B-2 材料纬向拉伸本构参数拟合  62-63
    5.5.1 两参数拟合  62
    5.5.2 六参数拟合  62-63
  5.6 B-2 材料经向拉伸本构参数拟合  63-65
    5.6.1 两参数拟合  63-64
    5.6.2 六参数拟合  64-65
  5.7 损伤及寿命预报  65-70
    5.7.1 B-1 材料损伤演化方程参数拟合及寿命估计  65-67
    5.7.2 B-2 材料损伤演化方程参数拟合及寿命估计  67-70
  5.8 本章小结  70-71
结论  71-73
参考文献  73-77
致谢  77

飞艇蒙皮材料力学性能演化规律研究

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