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飞艇蒙皮材料力学性能演化规律研究

白向红  
【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。


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