大开口复合材料加筋壁板稳定性分析

运用大型有限元软件Patran/Nastran分析了大开口复合材料加筋壁板的稳定性,并对不同加筋方式下壁板屈曲特征值和屈曲模态图进行了比较。结果表明:补强提高了大开口复合材料壁板的稳定性,但往往无法达到很好的效果,需要通过加筋改善其稳定性;加筋复合材料壁板稳定性较原有模型有较大提高;加筋大开口复合材料壁板屈曲特征值随筋条距开口中心距离的增加而减小,其屈曲分界线均位于筋条布置处;纵筋大开口复合材料加筋壁板一阶屈曲特征值为2.13,而横筋只达到1.08;纵筋布置对复合材料壁板稳定性影响明显高于横筋布置,可在实际工程应用中适当增加纵筋的布置。     

工字型加筋复合材料壁板的压缩屈曲行为实验研究

在复合材料结构整个屈曲承载过程中,从微观开始发生局部的纤维断裂、基体微裂纹等损伤,并随着屈曲程度的增加和屈曲模式的转化逐渐发生分层扩展。采用实验与数值计算相结合的方法,本文研究了工字型加筋壁板复合材料结构在压缩载荷作用下的屈曲行为。采用无损光学手段来非接触检测壁板表面的全场屈曲挠度,捕捉屈曲模态演化过程。基于有限元的数值模拟,预测了工字型加筋壁板复合材料结构的屈曲与后屈曲行为,用定量的实验数据来对比数值预测的壁板屈曲形态,表明实验和数值结果的离面挠度分布具有一致性。     

加筋壁板轴压载荷下后屈曲稳定性试验研究

对11种构型的民用飞机机身加筋曲板在轴压载荷下后屈曲承载能力进行了试验和工程算法研究,深入探索了机身壁板的各种破坏模式,对极限法、Johnson）物线法与欧拉法三种工程算法比较,并且把试验结果与计算结果进行了对比。研究结果表明：壁板后屈曲轴压许用值与桁条剖面积和蒙皮厚度成线形关系,主要取决于桁条剖面积;蒙皮的局部屈曲应力对初始缺陷敏感,但局部屈曲应力的偏差对壁板的轴压破坏载荷影响不明显;与工程计算结果对比发现Johnson抛物线法计算的破坏轴压与试验结果吻合较好。     

复合材料襟翼壁板屈曲失稳行为的栅线投影实验研究

本文利用栅线投影测量方法研究了蜂窝夹层板、工字型及T型加筋板三种不同结构形式复合材料襟翼壁板在压缩载荷下的屈曲失稳行为,得到了不同形式结构件屈曲的全场离面位移分布规律,分析了各自的屈曲失稳模式.研究结果表明,栅线投影测量方法在大尺度复合材料结构失稳变形测试中具有可行性;在相同面板尺寸条件下,工字型加筋复合材料襟翼壁板屈曲临界载荷最大,承载能力最强.本文结果可为飞机复合材料结构设计提供实验依据.     

基于弧长法的加筋板后屈曲特性分析及试验

作为飞机上重要的承载部件,加筋壁板在发生初始屈曲后仍具有较强的后屈曲承载能力,因此研究其后屈曲特性对于确定破坏载荷具有重要意义。传统的特征值屈曲分析是以小位移小应变的线弹性理论为基础的,且不考虑结构在受载过程中结构构形的变化,因此误差较大。本文采用Riks弧长法,结合材料弹塑性理论对铝合金整体加筋壁板轴压加载后的屈曲破坏过程、传载机制、极限载荷进行了研究,并进行了轴压加载的试验验证,得到了加载过程中的应力、应变曲线以及极限载荷,还对后屈曲破坏形式进行了分析。数值模拟结果表明:本文研究的整体加筋板初始屈曲发生在蒙皮,后屈曲过程筋条是主要的承载部位,与试验中观察到的现象一致;试验中加筋板最终破坏部位发生在筋与蒙皮连接处,有限元模拟结果与试验中加筋板的最终破坏部位一致;数值模拟得到的极限载荷与试验的相对误差在5%以内。这表明基于弧长法的后屈曲计算能够准确跟踪整体加筋板的后屈曲平衡路径和预测极限载荷。     

复合材料机翼加筋壁板稳定性分析

利用工程及有限元方法分别分析了加筋壁板整体和局部稳定性.分析发现:在有限元计算中模型边界条件的选取对分析结果有着较大的影响.通过大型有限元软件MSC.Patran/Nastran,计算了不同边界条件下加筋壁板稳定性,将结果与工程计算结果比较,得到一种有限元分析稳定性中较合适的模型及边界条件.同时运用论证的有限元模型及边界条件,分析了相同横截面积下,不同桁条设计方案的壁板整体稳定性,结果显示桁条横截面设计对加筋壁板的稳定性有着很大的影响.     

考虑强度与固化变形的复合材料加筋壁板铺层优化方法

加筋壁板是复合材料飞行器主承力构件的主要结构形式,通过复合材料铺层参数设计可以有效优化壁板的强度,但铺层参数的变化也会影响壁板的固化变形.因此,复合材料加筋壁板铺层设计过程中需要综合考虑整体强度和固化变形.本文针对复合材料加筋壁板结构,建立了失效分析模型和固化变形分析模型;基于实验设计方法、NSGA-Ⅱ遗传算法以及上述分析模型,建立了综合考虑强度与固化变形的加筋壁板铺层优化方法.优化结果显示复合材料加筋壁板在强度提高的同时,固化变形显著降低.     

考虑不确定性因素的有限元屈曲模型验证

研究了考虑不确定性因素的有限元屈曲模型验证和确认方法,提出了不确定参数选择的相关性和敏度分析方法以及基于面积度量的模型评估方法.针对化铣整体壁板,开展了有限元屈曲模型验证研究,首先利用8件试验件,获得了壁板屈曲载荷的试验值,然后依据试验加载情况,建立了考虑试验台的壁板有限元模型,最后利用面积度量方法对有限元模型进行了验证和确认.本文的模型验证和确认方法可为其他工程结构开展类似的工作提供借鉴.     

超音速气流中受热壁板的稳定性分析

采用Galerkin方法建立二维壁板的非线性气动弹性运动方程，用一阶活塞理论模拟壁板 受到的气动力. 基于李雅普诺夫间接法分析了平壁板的稳定性，得到了壁板失稳的边界 曲线；采用牛顿迭代法分析了壁板的屈曲变形，进而分析了后屈曲状态下壁板的稳定性； 在时域中分析了后屈曲状态下壁板的颤振边界. 分析结果表明，为了保证计算精度， 在二维壁板的静态失稳及过屈曲变形分析中，至少要取二阶谐波模态；在平壁板的超音速颤 振(动态失稳)边界分析中至少应取四阶模态. 还对壁板的温升，壁板长厚比、壁板密 度和气流马赫数作了无量纲变参分析，研究了这些参数的变化对壁板稳定性的影响规律. 研 究中发现，当气流速压较低时壁板一般会稳定在低阶谐波模态的屈曲变形位置，但是如果系 统出现多个渐近稳定的不动点，即使作用在壁板上的气流速压很低，壁板也有可能在较低速 压下发生二次失稳型颤振.     

整体加筋壁板裂纹扩展轨迹模拟及控制分析

应用有限元方法并结合裂纹扩展方向判据分析模拟了飞机整体加筋壁板裂纹的扩展轨迹,与实验结果对比证明此方法的有效性;并通过壳单元模型和粘聚区渐进损伤模型详细讨论了影响整体加筋壁板裂纹扩展的筋条参数,研究了壁板筋条对裂纹止裂的控制,并对不同参数下裂纹的应力强度因子和扩展情况作对比分析.文章所述方法和结论对于飞机整体加筋壁板的损伤容限设计具有指导意义.     

复合材料加筋板铺层优化设计的等效弯曲刚度法

借助于等效弯曲刚度法和遗传算法,建立了一种复合材料加筋板铺层顺序优化设计算法.等效弯曲刚度法基于层合板的弯曲刚度与其失稳载荷一一对应的关系,将任意铺层顺序的层合板等效成一个只有8层的对称铺层的辅助层合板,通过优化辅助层合板,得到层合板的最优弯曲刚度参数,最后以获得的最优弯曲刚度参数为约束应用遗传算法进行铺层顺序优化,获...     

金属栅格加筋结构的并行协同优化方法

栅格加筋板的主要失效形式为整体屈曲和局部屈曲,据此提出了一种栅格加筋板布局的并行协同优化方法,将设计变量分为整体设计变量与局部设计变量,在两个子空间中并行优化,然后进行系统级协调,反复迭代至收敛。两个典型算例结果表明,本文方法优化流程清晰、算法稳定且结果可靠,可以获得最优解。     

新的复合材料格栅加筋板的平铺等效刚度法

针对薄壁复合材料格栅加筋结构的受力特点,在改进原有力学假设的基础之上,推导了一种新的平铺等效刚度计算方法,它充分考虑了筋条和面板之间的相互作用.通过格栅单元结构布局形式的参数化表示,建立了通用的力学分析模型;该模型可用于分析各种结构布局形式和面板铺层方式下的结构总体屈曲问题,故对于航空航天结构设计非常有用.结合Rayleigh-Ritz方法,推导出了求解格栅加筋板屈曲载荷的通用线性特征方程;最后,分析了多种类型格栅结构的算例,并与现有的各种方法进行了比较,结果更为精确,因而对格栅加筋结构的优化设计具有很好的应用价值.     

Postbuckling behavior of composite-stiffened-curved panels loaded in compression

In this paper, a methodology is developed for the design of a weight-efficient, composite, curved-stiffened panel, loaded in compression well beyond the initial buckling load. A stiffened fuselage panel is designed to satisfy typical design load criteria for the moderately loaded sections of a typical fighter aircraft. Several stiffened panels are fabricated. Some panels are tested to determine experimentally the static strength and the remaining panels are subjected first to severe fatigue loading and then tested statically to determine the effect of fatigue loading on the postbuckling strengh. The experimentally observed behavior is compared with analytical predictions. The weight efficiencies of buckled and unbuckled construction are also compared.     

受面内冲击载荷下加筋板的非线性动态屈曲

分析了受面内冲击载荷下加筋板的非线性弹性动态屈曲．考虑板与筋的膜力，忽略面内位移，运用Hamilton变分原理，得出非线性控制方程，采用双级数形式的挠度假设，由Galerkin方法得到离散方程组，根据B-R准则，判断加筋板的动态屈曲．     

Post-buckling behaviour of graphite/epoxy stiffened panels with initial imperfections subjected to eccentric biaxial compression loading

The post-buckling behaviour of anisotropic stiffened panels with initial imperfections is investigated. Since buckling of the skin between the stiffeners often occurs first, a non-linear analysis is developed for symmetric panels under biaxial compression in order to obtain the out-of-plane panel deflection in the post-buckling range. The non-linear differential equations are expressed in terms of the out-of-plane displacement and the Airy function. They are solved with the Galerkin method for various boundary conditions by imposing an edge displacement control. The theoretical and experimental results obtained by the present analysis show that the transverse load can greatly influence the buckling loads and halfwave number. Since no experimental results have been found in the literature, several tests have been carried out on graphite/epoxy blade stiffened panels 900 mm long and 620 mm wide applying simultaneously biaxial compression loads with several combined ratios. An eccentricity results between longitudinal and transverse load, because the longitudinal compression is applied along the centroidal axes of the stiffened section while the transverse compression is applied to the skin panel. The correlation between the experimental and analytical results has been quite good; the experimental results demonstrate the influence of eccentricity of the transverse load on panel deflection in the pre- and post-buckling range.     

Influence of post-buckling behaviour on optimum design of stiffened panels

For an eccentrically stiffened wide panel under compression the optimality of a design with simultaneous occurrence of buckling as a wide Euler column and local buckling of the plate between the stiffeners is investigated. The total amount of material per unit width of the panel is prescribed. As a function of the distribution of this material in the plate and the stiffeners the maximum carrying capacities are calculated approximately by application of Galerkin's method. The design with the highest carrying capacity and the design with the best ability to retain axial stiffness, corresponding to given imperfections, are determined. It is shown that imperfections move the optimum away from the coincident buckling mode design.     

短柱型复合材料加筋壁板轴向压缩破坏分析方法研究

复合材料加筋结构可作为航空结构中的承力部件,其损伤与破坏对航空器的结构安全和服役性能至关重要．本文通过试验和数值仿真手段研究了短柱型复合材料结构压缩失效机理和极限承载力．通过短柱型单加筋板的轴向压缩破坏试验,分析梳理出界面脱粘和材料压溃两种典型失效形式;分别建立加筋板壳单元模型和实体单元模型,引入内聚力模型和Hashin 准则描述界面脱粘效应与材料破坏,结果表明壳单元模型配合内聚力模型和Hashin 准则可以有效地预测加筋板的极限承载力．分别讨论了加筋板长度、筋条高度、筋条/蒙皮刚度比等参数对加筋板的屈曲承载力的影响,为短柱型复合材料加筋壁板压缩损伤与破坏预测分析提供有益的参考．     

Global optimum design of externally pressurized isogrid stiffened cylindrical shells with added T-rings

PANDA2 is a code for the minimum-weight design of perfect and imperfect elastic stiffened panels and shells made of composite laminates and subjected to multiple sets of in-plane loads, edge moments, normal pressure, and temperature. The scope of PANDA2 is increased to include global optimization and the capability to handle isogrid stiffening. The enhanced program is used to find global optimum designs of internally T-isogrid and internally T-ring stiffened perfect and imperfect isotropic cylindrical shells under uniform external pressure. For the cases studied, it is found that for the perfect optimized shells the isogrid stiffening is important but the rings are not, whereas the opposite holds for the optimized shells with an initial general buckling modal imperfection of amplitude equal to one per cent of the shell radius     

A Donnell type theory for finite deflection of stiffened thin conical shells composed of composite materials

A Donnell type theory is developed for finite deflection of closely stiffened truncatedlaminated composite conical shells under arbitrary loads by using the variational calculusand smeared-stiffener theory.The most general bending-stretching coupling and the effectof eccentricity of stiffeners are considered.The equilibrium equations,boundary conditionsand the equation of compatibility are derived.The new equations.of the mixed-type ofstiffened laminated composite conical shells are obtained in terms of the transversedeflection and stress function.The simplified equations are also given for some commonlyencountered cases.