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复合材料格栅结构综合运用了结构减重的两类措施以提高结构效率:采用轻质、高强的纤维/树脂基复合材料制备;选用轻量化构型设计。该类构件符合航空宇航飞行器大跨度构件轻量化的需求。其中,IsoTruss?结构和先进格栅加筋结构(Advanced Grid Stiffened structure,简称AGS)分别为典型的一维和二维格栅结构。这两类格栅组成相似,应用领域互补,力学性能分析方法、制造工艺等均可相互借鉴。本文以这两类格栅结构为研究对象,综合研究这两类格栅结构的轴压力学性能及制备工艺。主要的研究工作及成果: (1)复合材料格栅轴压屈曲仿真分析。建立一维和二维格栅结构参数化有限元建模方法,并采用Patran参数命令语言(Patran Command Language,简称PCL)程序化。应用范例显示该程序能够高效的实现两类格栅结构有限元建模。同文献中同类构件的试验测试结果对比分析表明:该建模方法所形成的有限元分析结果准确可信。最后,运用该程序对两类格栅结构进行屈曲特性仿真分析。 (2)复合材料格栅轴压力学性能理论预测。采用理论预测模型预测一维格栅结构在轴压载荷作用下的整体屈曲、局部屈曲和柱壳屈曲的临界载荷。综合三类理论预测模型,绘制一维格栅屈曲失效边界曲线,分析结构参数与屈曲失效模式的关联关系。此外,发现一维格栅材料破坏后仍能够二次承载的特性。针对这一特性,建立一维格栅的轴压极限承载力和剩余承载力理论预测模型,其预测结果同试验测试吻合。该方法进一步完善了一维格栅失效模式理论预测体系。最后,总结和分析了二维格栅整体屈曲、局部屈曲和材料破坏的典型理论预测方法,并与有限元仿真分析结果进行对比分析。 (3)复合材料一维格栅结构制备。设计一种柔性成型模具。该模具装卸便捷。为便利该模具的设计,进一步建立了构件参数对模具关键零件设计参数的约束关系。此外,为降低致密化工艺的工作量,采用了一种局部致密化工艺。局部致密化工艺中,仅对纵向栅条进行致密化,能够至少减少2/3工作量。轴压力学性能测试结果表明:较未致密化构件,局部致密化构件的极限载荷较未致密化构件提高47%;较全致密化构件,局部致密化构件的极限载荷与刚度并未削弱。全致密化构件和局部致密化构件的平均极限载荷质量比为620.4kN/kg,平均刚度质量比为650.4(kN/mm)/kg。 (4)复合材料二维格栅结构制备。设计一种可组装、低成本的成型模具。该模具由软模和可组装芯轴组成。采用该成型模具进行二维格栅构件的连续纤维湿法缠绕。通过在纤维缠绕过程中,调整纤维预紧力和树脂含量,使制备构件工艺质量好,无明显的气孔、夹杂和节点间隙等缺陷。经测试验证二维构件的极限载荷质量比为259.2kN/kg,刚度质量比为103.6(kN/mm)/kg。