T型接头蒙皮厚度对Z-pin增强效果的影响

在关于拉脱载荷下Z-pin增强T型接头的有限元模拟方法基础上,通过对2组蒙皮厚度分别为7.2 mm和4.0 mm的试验件的试验结果进行分析,研究了T型接头蒙皮厚度对Z-pin增强效果的影响。结果表明:Z-pin增强效果随着蒙皮厚度的减小而增大。蒙皮厚度大于5 mm,Z-pin不能提高结构的最大承载能力,但可显著提高结构首次掉载后的承载性能,使T型接头在较大的加载位移下仍保持较高的承载能力;无论蒙皮厚薄,结构首次掉载后,各Z-pin增强T型接头可达到的载荷平台是相当的,且该载荷平台随蒙皮的变厚有降低的趋势。      

复合材料整体加筋板轴压后屈曲的传载机制

研究了复合材料整体加筋板在轴压作用下的后屈曲传载机制: 采用商业有限元软件ABAQUS建立加筋板有限元模型, 对其轴压后屈曲过程进行了模拟; 并对局部屈曲和总体屈曲阶段的内力情况以及传载特性进行了细致的分析, 获得了节点线与反节点线的合力和力矩的分布规律。计算结果与试验数据吻合良好。最后指出了节点线与反节点线是后屈曲阶段缘条/蒙皮界面最先可能失效的位置, 并指出了诱发失效的主要原因分别为合力矩M_xy和M_y。      

Z-pin/缝合对复合材料T型接头剪切承载能力的影响

利用三维有限元模型对Z-pin/缝合增强试验件进行有限元分析,采用内聚力模型模拟界面的破坏情况,通过在分层的上下界面加入非线性弹簧元来模拟Z-pin/缝合的增强机制,非线性弹簧元的力学性能（桥联律）由细观力学方法获得。通过与试验结果的对比发现,由于未进行界面增强的T型结构的剪切承载能力已较高,Z-pin/缝合增强较难提高T型接头的剪切承载能力。从少数几种可提高T型接头的剪切承载能力的增强方案中可看到,应选择拉伸强度较高而拉伸模量较低的缝线来进行T型接头剪切界面增强设计。     

GBJM方法的改进及其在含钉群复合材料结构钉载分配和承载能力分析中的应用

为了分析含钉群复合材料结构的钉载分配及承载能力问题,首先对Globle Bolted Joint Model(GBJM)方法进行了改进,然后采用改进的方法对复合材料多钉连接结构的钉载分配和承载能力进行了预测,并与试验结果进行了比较。结果表明:当孔边复合材料未出现损伤时,该方法对多钉载荷分配的预测和试验结果比较接近;而对结构承载能力的预测,该方法偏于保守,比试验结果约低15%。同时该方法具有两个显著优点:一是计算结构钉载分配时效率高,和三维有限元模型相比提高约75%;二是能够对含钉群复合材料结构的失效载荷进行有效的预测。     

复合材料结构制造成本估算模型及软件开发

基于制造工艺过程的成本估算模型,采用Delphi 可视化编程语言和SQL server数据库开发工具,开发了复合材料制造成本评估软件。介绍了基于制造工艺过程的成本估算模型的基本特点,重点讨论了工艺时间模型并分析了构件复杂程度对工艺时间的影响。此外,通过引入曲率熵的概念,对前人提出的构件复杂性因子进行了改进,以便更合理地描述构件的复杂度。提出了成本估算软件的总体方案,确定了软件实现流程,并建立了成本数据库管理系统。列举了用该软件对一种复合材料单曲率板的制造成本进行估算的过程。应用所开发的软件对某型飞机的复合材料副翼和金属副翼的制造成本进行了估算,估算结果表明,复合材料副翼由于采用了低成本工艺与整体化的设计理念,其制造成本低于金属副翼。      

复合材料整体加筋板轴压后屈曲失效评估方法

在飞机结构设计中,为高效完成复合材料加筋板结构设计,亟需一种快速有效的复合材料整体加筋板后屈曲失效评估方法。采用商业有限元软件ABAQUS建立了加筋板有限元模型,研究了复合材料整体加筋板的轴压后屈曲失效评估方法,即“整体-局部”法。通过对单筋条壁板后屈曲的失效分析发现,“整体-局部”法可得到初始脱胶时的位移和载荷值以及较准确的破坏载荷值,是一种能有效确定加筋板后屈曲失效情况的快速评估方法,对提高结构设计效率和减轻飞机结构质量具有重要的工程意义。     

离位增韧复合材料加筋板三点弯曲试验研究与数值分析

为研究离位增韧对复合材料加筋板结构承载性能的影响,首先,分别对未离位增韧和离位增韧复合材料帽型长桁加筋板进行了三点弯曲试验,比较了2种加筋板的初始分层载荷、极限载荷以及试验现象;然后,利用ABAQUS建立了三维渐进失效模型,考虑长桁-蒙皮界面和复合材料层合板的失效,对界面的分层机制和蒙皮的失效过程进行了分析。结果表明:有限元结果与试验结果吻合较好,离位增韧仅能略微提高界面的初始分层载荷,但对极限载荷有较大提升;在分层起始阶段I型拉伸模式占主要作用,随着分层不断扩展,II型剪切模式占比持续增加,而剪切模式的高韧性正是离位增韧界面具有良好性能的重要原因。所得结论表明离位增韧界面有良好的抗剥离性能,且在剪切方向上的表现尤为突出。     

集中载荷作用下含椭圆夹杂各向异性板的解法

应用复变函数方法研究了含椭圆夹杂各向异性板在集中载荷作用下的解法，首先将复应力函数在椭圆夹杂与板的接触边界上展开成幂级数，然后代入问题的边界条件，最后得到了幂级数形式的复应力函数的系数的线性方程组，进一步求解可获得板的应力分布。     

复合材料多墙盒段的设计与后屈曲性能

采用商业有限元软件ABAQUS对盒段的后屈曲承载能力进行了分析,重点研究了在弯扭载荷条件下后屈曲诱发的盒段蒙皮/缘条界面的失效问题。在此基础上,采用缝线对墙缘条与蒙皮的界面进行增强,应用粘接元模拟缝线,研究缝线对复合材料多墙盒段的破坏模式和承载能力的影响,并对缝线增强后的盒段的承载能力进行了试验研究。有限元分析表明,复合材料多墙盒段具有较长的后屈曲历程,采用缝线增强技术能够明显改善盒段的后屈曲承载能力,预测结果与试验值吻合良好,而且预测的失效模式也与试验结果一致。     

毛化连接的细观力学分析

采用三维细观有限元模型,研究了复合材料-金属毛化连接区域的力学性能。通过在模型中引入保证单胞边界面的应力和位移周期连续的边界条件,分析了毛刺高度、毛化密度及复合材料铺层顺序对毛化区域弹性力学性能的影响。分析结果表明,毛刺分布密度越大毛化区域弹性模量越大,毛刺高度较小时毛化区域面内弹性模量较大、剪切模量较小,90°铺层比例对毛化区域弹性力学性能影响较大。研究表明,通过参数设计可获得较好的毛化连接属性。