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主动成形准各向同性CFRP复合材料反射镜的铺层设计
  • ISSN号:1007-2276
  • 期刊名称:红外与激光工程
  • 时间:2012
  • 页码:1885-1892
  • 分类:TH751[机械工程—仪器科学与技术;机械工程—精密仪器及机械]
  • 作者机构:[1]苏州大学现代光学技术研究所,江苏苏州215006
  • 相关基金:国家自然科学基金(61078045);江苏高校优势学科建设工程
  • 相关项目:碳纤维增强聚合物复合材料薄镜的非球面成形
中文摘要:

要实现高精度的碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料反射镜的主动成形,使用面内刚度和弯曲刚度均为准各向同性的层合板非常重要。 先建立对称层合板几何模型,根据经典层合板理论,得到准各向同性的要求下,正则化面内刚度系数、弯曲刚度系数以及正则化几何因子应满足的条件,确定单层组数最大的铺层方式, 并提出以正则化刚度系数和几何因子表示的两种铺层顺序优化方法。 然后,针对 M40/环氧 648 材料,通过编程得到不同定向单层数量下的最佳铺层顺序。 最后,用两种优化方法下的优化结果分别建立口径 500 mm 的壳体模型,经有限元静力学分析,得到模型上相同半径上各节点在光轴方向的变形量,并进行数据处理。结果表明:总层数为 24 层时,铺层顺序为[45/-15/-75/90/15/-45/-30/60/-60/0/30/75]s的层合板弯曲刚度的均匀性最佳。采用正则化刚度系数优化方法 Dij*=Aij*,可得到准各向同性层合板铺层顺序的最优化方案;当总层数一定且单层组数最大时,增加定向单层数, 将增加层合板弯曲刚度的均匀性。 采用正则化刚度系数法对铺层顺序进行优化为准各向同性CFRP 复合材料反射镜的铺层设计提供了一种方法。

英文摘要:

In order to achieve the active forming of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) mirrors, a quasi-isotropic laminate of unified in-plane and flexural stiffness was adopted. Firstly, the relationship of regularization in-plane stiffness coefficient, flexural stiffness coefficient and geometric factor based on classical lamination theory was obtained. On the basis of regularization stiffness coefficient and geometric factor, two methods of optimizing the lay-up sequence were proposed. Secondly, in view of M40/648 material, the best lay-up sequence with different number of orientational laminas was calculated by programming. Finally, the shell model with a diameter of 500 mm was built. By using FEM, on the direction of optical axis, the displacements of those nodes with the same radius on the shell model were acquired and processed. The results indicate that the best lay-up sequence is [45/-15/-75/90/15/-45/-30/ 60/-60/0/30/75]s while the total number of laminas is 24. The analysis results show that the best lay-upsequence of quasi-isotropic laminate can be derived from the regularization stiffness coefficient method Dij*=Aij*. While the total number of laminas is assumed, and the group of laminas achieves maximum, the more number of orientational laminas, the better uniformity of laminate's flexural stiffness is found. The method using regularization stiffness coefficient to optimize the lay-up sequence advance a method for lay-up design of quasi-isotropic CFRP reflector.

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期刊信息
  • 《红外与激光工程》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国航天科工集团
  • 主办单位:天津津航技术物理研究所
  • 主编:张锋
  • 地址:天津市空港经济区中环西路58号
  • 邮编:300308
  • 邮箱:irla@csoe.org.cn
  • 电话:022-58168883 /4/5
  • 国际标准刊号:ISSN:1007-2276
  • 国内统一刊号:ISSN:12-1261/TN
  • 邮发代号:6-133
  • 获奖情况:
  • 1996年获航天系统第五次科技期刊评比三等奖,1998年获航天系统第六次科技期刊评比二等奖,1997-2001年在天津市科技期刊评估中被评为一级期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:17466