【摘 要】
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探索轻质、低成本、高性能的新型夹芯结构,实现结构轻量化,是航空、航天事业亟待解决的问题之一。折叠结构作为一种新型的夹芯结构,具有比强度高、比模量高的优点,且结构表面曲率不连续,雷达散射截面积较小,因此该夹芯结构有望被应用于雷达、天线罩等领域中。在本研究中,基于折纸思想,提出并制备了U型折叠夹芯结构,分析了该结构的力学性能和电磁特性,并与传统V型折叠夹芯结构进行了对比研究,主要研究内容如下:(1)为
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探索轻质、低成本、高性能的新型夹芯结构,实现结构轻量化,是航空、航天事业亟待解决的问题之一。折叠结构作为一种新型的夹芯结构,具有比强度高、比模量高的优点,且结构表面曲率不连续,雷达散射截面积较小,因此该夹芯结构有望被应用于雷达、天线罩等领域中。在本研究中,基于折纸思想,提出并制备了U型折叠夹芯结构,分析了该结构的力学性能和电磁特性,并与传统V型折叠夹芯结构进行了对比研究,主要研究内容如下:(1)为了解决V型折叠夹芯结构在工作时出现的面芯分层问题,提出了U型折叠夹芯结构。运用有限元仿真软件ABAQUS对U型和V型折叠夹芯结构的压缩和弯曲性能进行了比较,分析了两种夹芯结构在压缩和弯曲载荷下的变形行为。运用正交试验法,分析了折叠夹芯结构的几何形状对结构压缩比强度的影响规律。根据复合材料成型技术及相关原理,选用碳纤维作为芯层材料、环氧树脂作为面板材料,采用热压罐成型的方法制备了U型折叠夹芯结构。(2)通过万能试验机,分别对不同厚度和类型的芯子、不同材料的多层折叠夹芯结构进行了静态的压缩试验,研究了不同情况下夹芯结构的压缩力-位移曲线及变形失效形式。并在试验基础上,通过ABAQUS有限元软件,研究了U型折叠夹芯结构中孔隙、分层、胞元缺失等制备缺陷对结构压缩性能的影响规律。结果表明,随缺陷比例增加力学性能下降,各种缺陷影响程度不同,单胞缺失缺陷对结构压缩性能的影响程度最大。通过U型折叠夹芯结构的低速冲击试验及有限元仿真,分析了折叠夹芯结构的冲击性能。研究发现,夹芯结构在100J的冲击能下会发生局部变形,面板和芯层均发生破坏。(3)将V型折叠结构与频率选择表面(FSS)技术结合,设计并制备了折叠结构FSS夹芯板,该夹芯板的频率选择表面柔性屏通过激光刻蚀加工得到,壁罩结构通过模压一体化成型得到。同时,通过有限元电磁仿真软件HFSS对Y型FSS单元的电磁传输特性和折叠结构FSS夹芯板的单站雷达散射截面(RCS)特性进行了仿真分析,研究结果显示,该Y型FSS单元在30Gz(25)60GHz范围内存在传输通带,谐振频率为38.5GHz,在一定范围内,制备得到的折叠结构FSS夹芯板可以缩减雷达散射截面积,具有良好的雷达散射特性。
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