【摘 要】
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纤维增强复合材料因其具有高的比强度和比模量、耐疲劳性能好、过载时安全性能好等优点,受到越来越广泛的青睐。从最开始应用于航空航天领域,随之应用于军工用品,到现在广泛的应用于建筑、电工、化学、机械、体育等各行各业以及人们的日常生活生活用品之中,具有非常广阔的发展前景。目前药筒多由金属制品制成,虽然力学性能能够满足使用需求,但金属材料制作工艺流程长,而且质量重,不利于机动作战和远距离投送。因此,开发新型
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纤维增强复合材料因其具有高的比强度和比模量、耐疲劳性能好、过载时安全性能好等优点,受到越来越广泛的青睐。从最开始应用于航空航天领域,随之应用于军工用品,到现在广泛的应用于建筑、电工、化学、机械、体育等各行各业以及人们的日常生活生活用品之中,具有非常广阔的发展前景。目前药筒多由金属制品制成,虽然力学性能能够满足使用需求,但金属材料制作工艺流程长,而且质量重,不利于机动作战和远距离投送。因此,开发新型轻量化复合材料药筒具有重要工程应用价值。论文针对复合材料药筒击发态力学行为不明确、整体服役状态苛刻等难题,结合数值模拟和击发实验,深入研究药筒击发态应力-应变特征,以及药筒失效极限条件,为复合材料药筒结构优化设计提供了依据和参考。论文的主要工作和结论如下:(1)采用芳纶纤维-环氧树脂基复合材料通过缠绕成型制成药筒内层,采用玻璃纤维增强高密度聚乙烯注塑成型药筒外层,制备出复合材料药筒样品。(2)建立了复合材料药筒应力应变分析的物理模型,并对复合材料药筒击发态条件下内外层的受力情况进行了分析。通过轴对称结构下的应力平衡微分方程和几何方程,计算了药筒三向应力分布规律,并利用环氧芳纶纤维布和短切玻璃纤维增强高密度聚乙烯两种材料的失效理论,对复合材料药筒进行失效分析。结合药筒在击发过程中的气体压力边界条件,预测了复合材料药筒可承受的最大爆破内压为60.9MPa。(3)基于环氧芳纶纤维布和短切玻璃纤维增强高密度聚乙烯两种材料的失效理论,结合药筒在击发过程中的气体压力边界条件,采用ANSYS仿真软件,对复合材料药筒击发态条件下的变形过程及应力大小、分布规律进行了数值模拟,得到的最大爆破压力为63.7MPa。(4)综合以上数学计算和模拟结果,得到复合材料药筒的击发态失效压力为60-70MPa,为复合材料结构优化和材料选择提供了依据。
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