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導(dǎo)管槳可以有效提高推進效率,相比于金屬導(dǎo)管,復(fù)合材料導(dǎo)管可以有效地減少導(dǎo)管螺旋槳重量,有利于導(dǎo)管槳的工程應(yīng)用。采用縱、環(huán)肋的導(dǎo)管結(jié)構(gòu)設(shè)計,克服了復(fù)合材料導(dǎo)管剛度較低的缺點。分別以干、濕模態(tài)為目標函數(shù),利用ANSYS有限元軟件APDL優(yōu)化設(shè)計理論,對導(dǎo)管環(huán)肋分布位置進行了優(yōu)化設(shè)計,給出了導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)形式,并比較了一階干、濕模態(tài)頻率和振型的異同。研究結(jié)果表明,復(fù)合材料導(dǎo)管一階濕模態(tài)頻率約為一階干模態(tài)頻率的25%,但振型特征相差不大;給出的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法對復(fù)合材料導(dǎo)管結(jié)構(gòu)的工程設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。
(1)透光性:PC板透光率可達89%,可與玻璃相媲美。UV涂層板在太陽光下爆曬不會產(chǎn)生黃變,霧化,透光不佳,十年后透光流失僅為6%,PVC流失率則高達15%—20%,玻璃纖維為12%-20%。
(2)抗撞擊:撞擊強度是普通玻璃的250-300倍,同等厚度亞克力板的30倍,是鋼化玻璃的2-20倍,用3kg錘以下兩米墜下也無裂痕,有“不碎玻璃”和“響鋼”的美稱。
(3)防紫外線:PC板一面鍍有抗紫外線(UV)涂層,另一面具有抗冷凝處理,集抗紫外線、隔熱防滴露功能于一身??勺钃踝贤饩€穿過,及適合保護貴重藝術(shù)品及展品,使其不受紫外線破壞。
(4)重量輕:比重僅為玻璃的一半,節(jié)省運輸、搬卸、安裝以及支撐框架的成本。
(5)阻燃:家標準GB50222—95確認,PC板為難燃一級,即B1級。PC板自身燃點是580攝氏度,離火后自熄,燃燒時不會產(chǎn)生有氣體,不會助長火勢的蔓延。
(6)可彎曲性:可依設(shè)計圖在工地現(xiàn)場采用冷彎方式,安裝成拱形,半圓形頂和窗。彎曲半徑為采用板厚度的175倍,亦可熱彎。
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采用真空輔助灌注成型工藝與熱壓罐成型工藝,分別制備不同增強材料的標準壓縮試樣和含缺陷的壓縮試樣。壓縮測試實驗結(jié)果表明,壓縮載荷下波紋缺陷引起壓縮性模量和強度顯著減小,并且對壓縮強度的影響更加明顯;同時,均一波紋對復(fù)合材料板材的壓縮強度與壓縮性模量的影響比梯度波紋更大;此外,波紋對碳纖維預(yù)浸料增強復(fù)合材料的力學(xué)性能影響更大,層間剪切破壞是試樣主要失效機制,并且在纖維波紋的偏轉(zhuǎn)角處,試樣易發(fā)生橫向剪切破壞。
(7)隔音性:PC板隔音效果明顯,比同等厚度的玻璃和亞加力板有更佳的音響絕緣性,在厚度相同的條件下,PC板的隔聲量比玻璃提高3—4DB。在上是高速公路隔音屏障的材料。
(8)節(jié)能性:夏天保涼,冬天保溫,PC板有更低于普通玻璃和其它塑料的熱導(dǎo)率(K值),隔熱效果比同等玻璃高7%-25%,PC板的隔熱至49%。從而使熱量損失大大降低,用于有暖設(shè)備的建筑,屬環(huán)保材料。
(9)溫度適應(yīng)性:PC板在-100攝氏度時不發(fā)生冷脆,在135攝氏度時不軟化,在惡劣的環(huán)境中其力學(xué),
機械性能等均無明顯變化。
(10)耐候性: PC板可以在-40℃至120℃范圍保持各項物理指標的穩(wěn)定性。人工氣候老化試驗4000小時,黃變度為2,透光率降低值僅0.6%。
(11)防結(jié)露: 室外溫度為0℃,室內(nèi)溫度為23℃,室內(nèi)相對濕度低于80%時,材料的內(nèi)表面不結(jié)露。
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點陣結(jié)構(gòu)能夠很好地發(fā)揮纖維增強復(fù)合材料單向力學(xué)強的優(yōu)勢。本文研究了復(fù)合材料點陣結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化及尺寸優(yōu)化方法,以空間機械臂為背景,利用有限元分析軟件對空間機械臂桿進行優(yōu)化。先,利用拓撲優(yōu)化進行概念設(shè)計,優(yōu)化出結(jié)構(gòu)中的基本桿件;其次,利用尺寸優(yōu)化確定各桿件的具體尺寸。后優(yōu)化出的十六邊形點陣結(jié)構(gòu),與傳統(tǒng)的層合管進行相比,結(jié)構(gòu)減重效果明顯,對復(fù)合材料點陣結(jié)構(gòu)的設(shè)計研究具有一定的參考價值。