聚能射流作用下碳纤维增强复合材料的切割机理

High requirements for lightweight and efficient structures have been put forward along with the development of aerospace launch vehicle technology .Carbon fiber reinforce composite have excellent specific strength and specific stiffness and have been widely used in the structures of aerospace launch vehicles. However, metal are used on separations devices recently because of questions and difficulties in composite separation. So that it is hard to get fully lightweight. This research will conduct theoretical, experimental and numerical investigations on the dynamic behavior and constitutive relation of Carbon fiber reinforce composite at high temperature and high strain rate. Analysis failure mechanism of Carbon fiber reinforce composite under Fuse of Linear shaped charge. Energy spread and dissipation rules in separation structures. It will provide theory for composite separation technology and promote the engineering application.

随着航天运载技术的发展，对结构的轻质高效提出了更高的要求。碳纤维增强复合材料具有比强度、比刚度高的优点，在航天运载器结构上得到了广泛的应用。但是，由于复合材料切割技术不成熟，目前作为航天运载器重要系统之一的分离结构还主要以金属材料为主，使得结构系统的轻质化设计效率仍不够高。本项目将采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法，分析碳纤维复合材料高温高应变率动态力学性能及本构关系，研究聚能切割作用下碳纤维增强复合材料失效理论，结构内部的能量传递、耗散机理等关键科学问题，为聚能射流作用下复合材料切割技术的工程应用提供有价值的理论基础。

随着航天运载技术的发展，对结构的轻质高效提出了更高的要求。碳纤维增强复合材料具有比强度、比刚度高的优点，在航天运载器结构上得到了广泛的应用。但是，由于复合材料聚能切割技术不成熟，目前作为航天运载器重要系统之一的分离结构还主要以金属材料为主，使得结构系统的轻质化设计效率仍不够高。本研究首先通过开展复合材料高速冲击力学性能测试试验，获取材料的动态力学本构关系，可为聚能切割仿真计算提供材料模型。其次，提出一种可以用于分析复合材料聚能切割的仿真模型，可以在一定条件下为后续聚能切割分离结构提供方案设计。结合仿真计算结果，设计了平板分离切割试验，并选出最优分离结构。基于层合板切割结果、安全性和环境适应性，以铝蜂窝作为缓冲物质的分离装置是最优的，其结果可为圆筒切割试验提供参考。最后，基于理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法，揭露复合材料层合板在聚能射流作用下的切割机理，可为今后为基于复合材料的航天运载器火工分离装置的设计提供指导。