关键词：
平流层飞艇
蒙皮材料
单轴中心切缝撕裂试验
侧边切缝撕裂试验
撕裂理论
单轴剪切试验
双轴剪切试验
膜材焊接
摘要：
飞艇在通信、货运乃至军事等领域都有着广阔的应用空间,所以自1937年兴登堡号火灾爆炸事件之后,随着材料、控制、能源领域的发展进步,飞艇又一次成为发达国家研究的热点。其中,关于平流层飞艇的研发,成为飞艇研究领域的重中之重。平流层飞艇运行在20km左右高空,具有长期定点驻空、载荷量大、重复使用等特点,无论是军用还是民用,均有较好的应用前景。由于平流层昼夜温差大(最低温度达-55℃),紫外线辐射、臭氧、高能粒子作用强烈,所以飞艇的外蒙皮材料必须单独研制,需要具备高强轻质、低氦渗漏、耐低温等性质。本文以一种新型平流层飞艇蒙皮材料为研究对象,综合应用理论以及试验等研究方法,对其力学特性进行了研究。首先,对蒙皮材料的单轴中心撕裂性能进行了理论研究。总结了用于膜材撕裂强度分析的四种典型理论,并对Shoji Maekawa提出的指数函数分布的应力场理论进行了修正,同时用试验证明了修正理论的正确性。以修正理论为基础,为解决切缝应力集中现象对试件侧边边缘受力的影响,提出确定膜材中心切缝撕裂试验试件宽度的合理方法。其次,对蒙皮材料的侧边切缝撕裂性能进行了试验研究。对比了侧边切缝撕裂试验与中心切缝撕裂试验的差异,试验结果对比证明,可用侧边切缝撕裂试验来等效分析中心切缝撕裂试验撕裂特性。同时,运用控制变量法分别以试件宽度和切缝宽度为变量,进行了侧边切缝撕裂试验,确定了一种用较小宽度试件的侧边切缝撕裂试验来研究材料实际使用过程中临界撕裂应力的方法。再次,对蒙皮材料的剪切力学性能进行了试验研究。总结了用于膜材剪切性能研究的三种典型试验方法,分别进行了单轴剪切试验以及双轴剪切试验,对试验结果进行了对比分析与总结。同时用三种方法求解了剪切模量,分析了三种方法所得结果的差异。最后,对蒙皮材料的焊接力学性能进行了试验研究。进行了不同焊缝搭接宽度的单向拉伸试验,总结了四种焊缝破坏类型,同时对焊接宽度的改变对于试件拉伸强度及断裂延伸率的影响进行了分析研究。
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