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复合材料身管残余应力研究

【摘要】: 复合材料身管在加工过程中,由于固化温度、缠绕张力等因素的影响,在身管中产生一定量的残余应力。本文旨在对带金属内衬复合材料身管中的残余应力进行研究,为复合材料在火炮身管中的应用提供理论指导。本文的研究内容主要体现在以下几个方面: 1、基于各向异性复合材料力学理论和板壳理论建立了复合材料层合板和带金属内衬复合材料身管固化过程中的热残余应力模型,采用Fortran语言编程求解该模型。讨论了复合材料树脂的体积含量、固化温度、金属内衬和复合材料层的厚度、身管的内径等因素对热残余应力的影响。 2、建立了缠绕过程中纤维缠绕张力在复合材料身管中产生的残余应力模型,考虑了刚缠绕的最外层复合材料对内部材料层的放松,并且编写程序进行计算。讨论了复合材料的纤维方向、缠绕张力、金属内衬和复合材料层的厚度、身管的内径等对残余应力的影响。 3、采用小孔释放法对复合材料层合板和带金属内衬复合材料模拟身管中的残余应力进行测试。应用复合材料力学理论推导了通孔法测复合材料残余应力的释放系数,并设计实验对盲孔法测复合材料残余应力的释放系数进行测试。 4、组建了基于PXI总线的复合材料残余应力测试系统,此系统包括数据采集模块PXI-6251,应变信号调理模块SCXI-1520,FCS多通道协调加载控制系统、应变花和压电力传感器、电荷放大器等。采用可编程控制面板对FCS多通道协调加载控制系统进行控制。应用LabVIEW软件编写虚拟仪器程序对PXI-6251模块和SCXI-1520信号调理模块进行开发,分别编写了PXI-6251单独采集程序和基于PXI-6251控制的SCXI-1520应变信号调理采集程序,并且研究了多卡同步采集时同步触发方式和数据采集之前硬件的自校准。 5、对复合材料层合板和带金属内衬复合材料模拟身管残余应力测试所得的数据进行分析,采用小波分析理论进行信号处理,并对测试结果进行修正,消除了导线长度、应变片尺寸对测试结果的影响。

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