航空用复合材料加筋板冲击后剩余剪切强度研究

为准确预测受冲击后复合材料结构的剩余强度,以航空用复合材料加筋壁板为研究对象,基于层内损伤和内聚力理论,建立了冲击-剪切全过程仿真分析模型,并通过开展冲击-剪切试验,进行了结果对比分析．结果表明：冲击-剪切全过程仿真分析模型中第一分析步可以较为精确地预测出冲击试验的凹坑深度、分层损伤面积以及损伤外观形貌;同时,第二/三分析步也可以较为精确地预测出冲击后剪切试验的破坏载荷、破坏模式．     

考虑损伤和界面脱粘的复合材料加筋板稳定性试验与模拟研究

对复合材料帽型加筋板的压缩稳定性进行了试验研究,并在包含复合材料多种损伤模式和胶层损伤的条件下,对加筋板失稳及损伤演化特征开展了有限元分析.试验与模拟结果表明:在加筋壁板失稳前,基体、纤维、加强筋和壁板之间的胶层均未产生明显损伤,加筋板的失稳会导致快速的损伤演化;壁板近表面损伤较内部严重,胶层界面脱粘降低了壁板的极限承载能力;考虑损伤的模拟结果与试验相符性好,证明了该方法的可行性和有效性.     

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.     

缝合复合材料制备工艺和力学性能研究

从缝合复合材料的工程实际应用、工艺、力学性能、分析方法等方面对缝合复合材料的制备工艺和力学性能研究发展状况进行了比较全面系统的阐述与分析,重点介绍了缝合复合材料的各种力学性能及其强度分析模型.在强度分析模型中, 介绍了弹性矩阵场函数和缝合复合材料强度场的概念.缝合复合材料在结构整体性、层间性能以及低速冲击损伤阻抗等方面具有明显的优势,克服了普通层合板层间性能以及低速冲击后压缩性能低的弱点. 但是,缝合复合材料的工艺相对比较复杂,缝合对层合板的部分面内力学性能存在一定的负面影响,而且在湿热环境条件下其层间强度高的优势无法发挥.在选用缝合时,应根据所用层合板的铺层顺序及其使用的环境条件,同时还应兼顾缝合对铺层面内力学性能的影响, 决定是否使用缝合结构.在湿热性能要求不高的结构中, 如导弹结构,缝合复合材料已经得到了很好的应用.      

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.     

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.     

复合材料加筋板连接剪切性能试验模拟

建立了带泡沫加筋的复合材料层合板连接件及试验夹具模型,用MSC.Nastran进行非线性有限元分析,模拟加筋层合板剪切性能试验,分析试验件过渡段和夹具刚度参数对剪切试验结果的影响,结果表明,考核区的应力随着夹具刚度及过渡段铺层的增加而减小,当夹具钢片厚度增大到15mm,过渡段铺层增加到考核区铺层的7倍时,考核区应力值较为稳定,可以作为工程试验夹具及过渡段设计的参考.     

船用复合材料螺旋桨研究进展

复合材料具有比强度高,阻尼性能好及可调整纤维铺层以控制结构变形等优点.复合材料应用于螺旋桨将改善螺旋桨的推进性能和振动特性.通过对国内外复合材料螺旋桨研究成果的回顾、总结和归纳,得出了传统的算法已不满足复合材料螺旋桨的设计和预报要求,复合材料螺旋桨的设计和预报算法需考虑桨叶变形引起的空间流场变化的结论.分析了可借助纤维增强材料所具有的弯扭耦合特性,调整桨叶纤维材料铺层和桨叶结构形式来提高螺旋桨推进效率的规律性.总结了复合材料螺旋桨研究中的关键技术和复合材料螺旋桨设计流程,并指出了复合材料螺旋桨未来研究的趋势.      

复合材料水翼水动力与结构强度特性数值研究

针对复合材料水翼存在的流固耦合求解问题,结合其自身特有属性,对复合材料水翼结构变形特性进行了数值仿真计算研究.研究建立了复合材料水翼流固耦合数值计算模型,并将数值计算结果与Zarruk等的实验结果进行对比,验证模型的正确性,得出复合材料水翼尖端扭转角随雷诺数的增加而增加的研究结论.基于数值计算模型,系统地研究了不同铺层角对复合材料水翼水动力特性及强度特性的影响,结果表明:不同铺层角复合材料水翼的尖端扭转角,随铺层角的增大而减小,而其尖端位移量随铺层角的增大先减小后增大.为了削弱工程常数的影响对复合材料水翼变形的影响,研究提出了无量纲扭转角和无量纲位移量,进一步探究复合材料水翼结构的弯扭耦合作用对其变形特性的影响.最后利用蔡-吴失效准则进行复合材料水翼强度特性的判断和分析,结果表明:不同铺层角复合材料水翼的蔡-吴系数,随铺层角的增大呈现先减小后增大的趋势,其中0°铺层时的复合材料水翼蔡-吴系数最小,50°铺层时的复合材料水翼的蔡-吴系数最大.     

层合板结构元件动态S-N曲线的测定方法

在确定了飞机壁板结构的动力学特性后,为预计其声疲劳寿命,传统的方法必须采用飞机壁板结构的典型结构件并通过高声强行波管试验获得这种结构的声疲劳S-N曲线.为减少试验时间和费用,利用振动台获取典型层合复合材料结构元件的振动S-N曲线以代替声疲劳S-N曲线.根据典型复合材料的飞机蒙皮壁板结构形式,利用加筋复合材料层合板设计了用于振动试验的两种结构形式的梁元件.为获得准确的试验结果,试件模拟了实际的连接形式,并用于得到εrms-N振动试验中.所有试件的试验采用相同的振动激励谱形,并在不同的随机振动量级进行试验,利用最小二乘法拟合得到的εrms-N数据.这种测试方法可用于飞机结构抗声疲劳设计的实践中.     

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...     

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.     

爆炸载荷作用下加筋板的失效模式分析及结构优化设计

通过对爆炸载荷下具有1根加强筋的固支矩形加筋板的有限元模拟，探讨了抗爆加筋板结构优化设计方法，分析了加筋板的失效模式以及加强筋相对刚度和冲击载荷强度对加筋板失效模式的影响，指出了失效模式Ⅰ下的3种变形模态以及失效模式Ⅱ下的2种子失效模式，得到了失效模式Ⅰ下加强筋和加筋板最大挠度的近似计算公式，提出了单根加筋板的两种失效模式的判别条件，并对具有1根加强筋的固支矩形加筋板抗爆结构进行了优化设计。结果表明，通过数值模拟或模型实验可以求得任意加筋板结构由发生塑性大变形到发生破损的临界条件，从而确定抗爆性能最强时加筋板的质量与加强筋横截面尺寸及间距间的关系，实现对抗爆加筋板结构的优化设计。     

Reliability assessment of post-buckling compressive strength of laminated composite plates and stiffened panels under axial compression

A method for reliability assessment of the post-buckling compressive strength of laminated composite plates and stiffened panels under axial compression is presented in the paper. The prediction of the post-buckling compressive strength is performed by a progressive failure analysis which was developed based on a progressive stiffness degradation model and a nonlinear finite element analysis with a new explicit through-thickness integration scheme. A method coupled with the finite element analysis is proposed for reliability assessment where a finite difference method combined with an improved first-order reliability algorithm that omits the non-important random variables but retains sufficient accuracy was developed for reliability estimation. Two numerical examples are described demonstrating the capabilities of the method developed.     

非对称铺层复合材料层合板质量优化设计

复合材料广泛应用于航空航天等领域,追求轻量化设计已经成为研究重点.对复合材料层合板质量优化设计,可以减少层合板的纤维用量,减小层合板的质量,降低成本.首先研究复合材料层合板在承受轴向载荷时,产生的形变量、应力示意图,分析容易发生失效部位;以层合板铺层厚度为设计变量,最大应变、铺层比例等为约束条件,最小化层合板质量为优化...     

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Hashi...     

具有分层损伤的不同加筋形式复合材料层合板的后屈曲性态研究

基于板的一阶剪切理论和V on-K arm an大挠度理论,分别推导了复合材料层合板和层合梁的几何非线性有限元列式,提出了含嵌入分层的复合材料加筋层合板在受压缩载荷作用下的后屈曲有限元分析方法,对在板厚方向具有不同分层位置的加筋板结构进行了有限元数值分析,研究了不同的加筋方式及筋的分布对具有分层损伤的复合材料加筋层合板的后屈曲性态的影响,所得结果对确定在压缩载荷作用下含损伤复合材料加筋层合板的剩余承载能力具有参考价值。     

Problems of Modeling and Optimization of Variable-Hardness Panels and Structures Made of Layered Composites

New ways of numerical simulation of nonstraight laying of reinforcing fibers in panels of variable rigidity and variants of setting optimization problems for them are proposed. The problem of parametric optimization of the dimensions and stacking of carbon fiber reinforced plastic layers in the design of the bracket for the installation of a star tracker was solved.