工程力学 ›› 2018, Vol. 35 ›› Issue (11): 232-239.doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0572

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碳/环氧薄壁豆荚杆热-结构性能试验研究

李一坡1, 胡建辉1,2,3, 陈务军1, 杨德庆2,3, 房光强4, 彭福军4   

  1. 1. 上海交通大学空间结构研究中心, 上海 200240;
    2. 海洋工程国家重点实验室(上海交通大学), 上海 200240;
    3. 上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心, 上海 200240;
    4. 上海宇航系统工程研究所, 上海 201108
  • 收稿日期:2017-07-21 修回日期:2018-01-18 出版日期:2018-11-07 发布日期:2018-11-07
  • 通讯作者: 陈务军(1969-),男,重庆人,长聘教授,博士,从事空间可展开结构、膜结构、飞艇结构的研究(E-mail:cwj@sjtu.edu.cn). E-mail:cwj@sjtu.edu.cn
  • 作者简介:李一坡(1994-),男,河北邯郸人,硕士生,从事膜结构分析理论、结构特性研究(E-mail:liyipo@sjtu.edu.cn);胡建辉(1986-),男,四川成都人,博士后,从事膜结构及空间结构研究(E-mail:jtuhjh@gmail.com);杨德庆(1968-),男,辽宁海城人,教授,博士,博导,从事船舶结构动力学方面的研究(E-mail:yangdq@sjtu.edu.cn);房光强(1981-),男,山东泰安人,高工,硕士,从事大型空间可展开结构及空间材料技术方面的研究(E-mail:house19@163.com);彭福军(1969-),男,山东东明人,研究员,博士,从事空间结构与机构技术方面的研究(E-mail:pfj_tj@126.com).
  • 基金资助:
    航天先进技术联合研究中心技术创新项目(USCAST2015-24,2016-21)

EXPERIMENTAL STUDY ON THERMAL-STRUCTURAL BEHAVIOR OF THIN-WALLED CARBON/EPOXY COMPOSITE BOOM

LI Yi-po1, HU Jian-hui1,2,3, CHEN Wu-jun1, YANG De-qing2,3, FANG Guang-qiang4, PENG Fu-jun4   

  1. 1. Space Structures Research Center, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China;
    2. State Key Laboratory of Ocean Engineering(Shanghai Jiao Tong University), Shanghai 200240, China;
    3. Collaborative Innovation Center for Advanced Ship and Deep-Sea Exploration of Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China;
    4. Shanghai Aerospace Systems Engineering Institute, Shanghai 201108, China
  • Received:2017-07-21 Revised:2018-01-18 Online:2018-11-07 Published:2018-11-07

摘要: 碳纤维增强环氧树脂基复合材料成功应用于航天器结构,其热-结构效应是重点关注问题之一。该文以碳纤维增强环氧树脂基复合材料空间可展天线薄壁豆荚杆为研究对象,通过试验对其材料热物理参数进行测定,得到材料的热物理参数,测得其比热容和导热系数均随着温度升高而增大,符合材料热参数的变化规律。采用大体积真空罐、热沉和红外加热笼模拟空间热环境,对薄壁豆荚杆进行真空热辐射试验,得到试件特征位置处的瞬态、稳态温度场,并采用低温应变片测试特征点应变时程,分析得到薄壁豆荚杆在热辐射作用下纵向、横向及薄壁内外两侧热响应的温度和应变分布规律,为理论分析、数值研究和设计提供参考。

关键词: 空间薄壁豆荚杆, 碳/环氧复合材料, 材料热物理参数, 真空辐射试验, 温度分布, 应力分布

Abstract: Carbon/epoxy composites (carbon fiber reinforced epoxy resin composites) have attracted a considerable attention on the utilization in space structures. The material properties and thermal-structural behavior are critical for understanding these structures. Thusly, thermophysical parameters of carbon/epoxy composites are investigated by thermophysical theories, finding that thermal conductivity coefficient and specific heat increase linearly with temperature rise. Moreover, a vacuum tank equipped with a heat sink and an infrared heating cage is utilized to simulate space thermal environment and to evaluate transient and steady temperature distributions on the thin-walled carbon/epoxy composite bar. Thermo-resistances and low-temperature strain gauges are employed to record time-history curves. The temperature and strain distributions in the longitudinal, transverse and thick directions under heat radiation conditions are obtained and analyzed in detail, which is significant for theoretical analysis, numerical simulations and structural design.

Key words: thin-walled lenticular space bar, carbon/epoxy composites, thermophysical parameters of the material, vacuum radiation test, temperature distribution, stress distribution

中图分类号: 

  • V214.4
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2018年11月15日