受冲击损伤复合材料加筋壁板的抗剪切承载能力

对两种不同铺层参数的复合材料加筋壁板结构进行了冲击损伤预制及剪切承载能力试验。讨论了冲击强度、铺层参数对加筋壁板剪切承载能力的影响。结果表明,随着冲击强度的增大,加筋壁板剪切承载能力逐渐减小,不同铺层参数的试样T2和P1在相同能量的冲击下,损伤面积虽然大致相同,试件P1比T2的破坏载荷高出19.1%。     

复合材料帽形加筋壁板轴压屈曲与后屈曲性能

针对2种边界条件和3种板元宽度情况,采用几种屈曲方法对轴压载荷作用下的复合材料帽形加筋壁板进行了计算,得到了不同情况下的屈曲载荷,通过对复合材料加筋壁板几种计算方法的计算结果与试验结果的对比,得到一种更简单有效计算复合材料帽形加筋壁板轴压屈曲载荷的方法;依据帽形加筋壁板的结构特点和试验后的破坏模式,提出一种估算复合材料帽形加筋壁板轴压破坏载荷的方法,用该方法在几个项目上的计算结果与试验结果进行比较,发现两者较吻合,验证了复合材料帽形加筋壁板轴压承载能力估算方法的合理性,为结构设计人员在初始设计阶段对复合材料帽形加筋壁板轴压强度评估提供了一种简洁的途径。     

基于遗传算法的复合材料层压板固有频率的铺层顺序优化

本文提出了一种用于组合优化的译码方式和遗传算子.对给定铺层的复合材料层压板在满足固有频率的要求下,采用遗传算法进行了铺层顺序的优化.算例的计算表明:采用本文所述方法,只要搜索解空间的一小部分就能收敛到组合优化问题的最优解.      

复合材料层压板振动参数的铺层顺序优化研究

本文针对目前在复合材料结构设计中较少考虑的振动特性优化问题,采用减缩区间法与枚举法相结合的手段,对给定层数和角度的层压板进行了铺层顺序的优化研究,使其满足振动频率和模态阻尼的要求。通过对20层对称层板的计算可以看出,采用本文所述方法,不仅可节省大量计算时间,而且所得的频率和比阻尼容量值与实验结果具有良好的一致性,证明了该方法的可靠性。本文的研究可作为工程设计中一种有效的手段,所完成的软件具有一定的工程应用价值。     

复合材料层压板振动参数的铺层顺序优化研究

本文针对目前在复合材料结构设计中较少考虑的振动特性优化问题,采用减缩区间法与枚举法相结合的手段,对给定层数和角度的层压板进行了铺层顺序的优化研究,使其满足振动频率和模态阻尼的要求。通过对20层对称层板的计算可以看出,采用本文所述方法,不仅可节省大量计算时间,而且所得的频率和比阻尼容量值与实验结果具有良好的一致性,证明了该方法的可靠性。本文的研究可作为工程设计中一种有效的手段,所完成的软件具有一定的工程应用价值。      

层合复合材料壁板的热颤振特性分析

采用壁板颤振分析的有限元方法,从壁板的正则化弯曲刚度、屈曲临界温升、颤振临界速压和极限环颤振幅值等参数的角度,分析了不同铺层方向和不同铺层顺序对层合复合材料壁板的颤振特性的影响,并给出了几种常见铺层方式层合复合材料壁板的颤振特性。结果表明,在设计复合材料壁板的铺层方向和铺层顺序时,一般可以通过壁板正则化弯曲刚度的大小来对颤振速压进行比较。但是在某些特殊的铺层情况下,随着温度升高,发生频率重合型颤振的耦合模态会发生演变,这时正则化弯曲刚度较大的壁板也有可能在较低的速压下发生颤振。     

复合材料加筋壁板结构选型设计

为确定某型飞机平尾壁板结构截面尺寸参数,验证计算分析方法是否合理、有效,通过有限元屈曲分析与试验相结合的手段,对复合材料加筋壁板轴压稳定性进行研究。研究了复合材料加筋壁板在相同支持条件下,提高加筋壁板筋条截面积占总截面积的比例对复合材料加筋壁板初始屈曲和承载能力的影响。试验结果表明:试验结果与计算结果较为接近,说明计算中采用的分析方法和分析模型准确有效;在筋条截面积比例提高3.0%的情况下,屈曲载荷提高10.0%左右。所得结论可指导复合材料加筋壁板设计在型号研制中的应用,为初步确定平尾壁板结构截面形式和尺寸提供参考。      

加筋复合材料圆柱壳的屈曲和初始后屈曲的研究

本文分析了筋和壳的儿何参数及壳的铺层对纵向或环向密加筋的复合材料层合圆柱壳在轴压和侧压下的稳定性和初始后屈曲性能的影响。初始后屈曲分析基于Koiter理论。对几种不同几何参数、壳体铺层和载荷情况的加筋壳的计算表明:在所有情况下,外加筋比内加筋更有效地提高了屈曲载荷;复合材料壳的加筋效率一般都高于各向同性材料加筋壳;壳体的铺层对屈曲和初始后屈曲性能有很大影响。     

基于等效模型的帽型复合材料加筋壁板优化设计

本工作提出了一种优化复合材料帽型加筋壁板稳定性的有效方法,该方法是基于在PATRAN软件中用单层板来模拟层合板的力学性能的想法。其中用层合板建的加筋板模型称为详细模型,改用单层板建的称为等效模型。对于航空结构中常见的帽型加筋壁板,本工作采用反映实际壁板形状的高精度有限元模型,分别建立了详细模型和等效模型。比较得出两种模型的一阶线性失稳因子和失稳应变基本一致,从而验证了将等效模型用于帽型加筋壁板结构稳定性分析的可行性。为了便于验证该优化方法的有效性,本工作只考虑加筋板的筋条厚度一致的情况。传统方法在优化蒙皮和筋条厚度时需要优化层合板的每个单层的铺层厚度和铺层顺序,本文提出的优化方法只需要解决单层板的厚度优化问题,相比本方法大大减少了设计变量。本工作用此方法优化得到了两个参数不同的复合材料帽型加筋板的最优屈曲性能,发现只需要2～4次迭代优化就可以收敛,收敛速度很快。     

复合材料壁板铺层参数对大展弦比机翼气动弹性优化的影响

开展了大展弦比复合材料机翼气动弹性综合优化设计研究,以复合材料层合板铺层厚度为设计变量,以多种气动弹性约束与强度/应变约束为限制条件对结构进行优化设计,从铺层比例和铺层非均衡两方面分析了蒙皮铺层参数的影响。研究表明: 在满足综合约束的条件下,随着0°铺层比例的增加,翼尖变形略微减小,颤振速度略有下降,副翼效率变化不大; 蒙皮铺层非均衡程度主要影响机翼静气动弹性能,随着蒙皮非均衡引起的机翼刚轴绕翼根向前缘逐渐偏转,翼尖垂直变形变化不明显,但翼尖负扭转变形的绝对值加大,副翼效率下降。     

基于分级优化的复合材料带加强筋板屈曲优化

对工程中常用复合材料带加强筋板结构的优化方法进行研究。由于优化变量较多且变量类型涉及离散型和连续型两种类型,因此优化中引入了分级优化方法。在结构质量一定的前提下,确定各加强筋最优的位置、截面尺寸、铺层数及铺层顺序,以提高整体结构的抗屈曲性能。代理层的引入使优化问题可以在先不考虑铺层顺序的情况下对其余变量进行优化,通过析因实验设计方法确定剩余变量中影响结构屈曲载荷的主要变量和次要变量,并分别在第1、2级优化中独立对两类变量进行优化,在优化过程中根据变量的类型及取值范围,对部分变量建立径向基代理模型以提高优化效率。第3级优化采用遗传算法对铺层顺序进行优化。优化结果表明:优化后方案比原方案的抗屈曲能力提高了3.21倍。     

复合材料蒙皮加筋壁板结构成本-质量优化设计

介绍了复合材料整体化结构的制造成本估算方法。将成本作为主要的优化设计参,针对蒙皮加筋壁板结构采用共固化成型技术,考虑结构约束及与成型工艺相关的制造约束,提出了在压力和剪切力作用下复合材料蒙皮加筋壁板结构基于成本2质量平衡的优化设计方法。以蒙皮 T形加筋为例,分别选取最小质量和最小成本为优化目标参量验证工时估算模型的有效性。讨论了7种常见形状加筋整体化壁板结构的制造成本和质量,估算值与实验值吻合较好。研究结果表明,蒙皮T形筋制造工时最短而质量仅高于最小质量J形结构的0.5%,是基于成本2质量平衡优化的最佳选择结构。研究结果为复合材料整体化蒙皮加筋结构设计提供指导。     

Concurrent optimization of stacking sequence and stiffener layout of a composite stiffened panel

This article is to optimally design laminated composite stiffened panels by optimizing both stacking sequences of the panel skin and stiffeners as well as the layout of stiffeners. Starting from initial designs of stiffener layout and stacking sequences for each stiffener and the panel skin, the problem is formulated with discrete and continuous variables, where discrete 0/1 variables represent the absence/presence of each layer in initial stacking sequences, and continuous variables represent layer thicknesses. A first-level approximate problem is established to make the problem explicit. Genetic algorithm is used to determine the existence of each layer in the laminates. When the number of retained layers in stiffener becomes zero, that stiffener can be seen as unnecessary and removed. For individual fitness calculation, a second-level approximate problem is constructed to optimize continuous ply thicknesses of retained layers. Correspondingly, laminated stacking sequences and stiffener layout are concurrently optimized.     

Global behaviour of a composite stiffened panel in buckling. Part 2: Experimental investigation

The present study analyses an aircraft composite fuselage structure manufactured by the Liquid Resin Infusion (LRI) process and subjected to a compressive load. LRI is based on the moulding of high performance composite parts by infusing liquid resin on dry fibres instead of prepreg fabrics or Resin Transfer Moulding (RTM). Actual industrial projects face composite integrated structure issues as a number of structures (stiffeners, …) are more and more integrated onto the skins of aircraft fuselage.A post-buckling test of a composite fuselage representative panel is set up, from numerical results available in previous works. Two stereo Digital Image Correlation (DIC) systems are positioned on each side of the panel, that are aimed at correlating numerical and experimental out-of-plane displacements (corresponding to the skin local buckling displacements of the panel). First, the experimental approach and the test facility are presented. A post-mortem failure analysis is then performed with the help of Non-Destructive Techniques (NDT). X-ray Computed Tomography (CT) measurements and ultrasonic testing (US) techniques are able to explain the failure mechanisms that occured during this post-buckling test. Numerical results are validated by the experimental results.     

Global behaviour of a composite stiffened panel in buckling. Part 1: Numerical modelling

The present study analyses an aircraft composite fuselage structure manufactured by the Liquid Resin Infusion (LRI) process and subjected to a compressive load. LRI is based on the moulding of high performance composite parts by infusing liquid resin on dry fibres instead of prepreg fabrics or Resin Transfer Moulding (RTM). Actual industrial projects face composite integrated structure issues as a number of structures (stiffeners, …) are more and more integrated onto the skins of aircraft fuselage. A representative panel of a composite fuselage to be tested in buckling is studied numerically.     

加筋板总体失稳分析的等效层合板模型

基于等效刚度的思想,通过设定层合板的属性参数模拟了加筋板结构的力学特性,提出了一种适用于不同截面形状以及布局形式的加筋板总体失稳分析的等效层合板建模方法。利用PATRAN/NASTRAN 软件比较了反映实际壁板形状的高精度有限元模型与对应的赋有层合板属性的等效刚度简化模型。对于工程中常见形状的加强筋以及不同布局形式的壁板,2种模型的一阶线性失稳因子基本一致,从而验证了将等效层合板模型用于加筋壁板结构的稳定性分析可以满足工程精度要求,并显著提高了计算效率。     

带口盖加筋复合材料壁板剪切性能

采用试验和有限元方法研究了带口盖加筋复合材料壁板的剪切性能。在带口盖加筋复合材料壁板有限元模型的基础上, 去掉口盖, 对不带口盖的大开口加筋复合材料壁板进行了有限元模拟分析, 以此研究口盖对带口盖加筋复合材料壁板的影响。试验和数值计算结果表明: 当达到屈曲载荷时, 带口盖加筋复合材料壁板各个区域同步发生屈曲, 最终破坏位置位于加强筋条以外的复合材料壁板区域; 去掉口盖后, 结构的刚度以及承载能力降低, 结构的应力集中点以及损伤起始位置均发生变化, 破坏时失稳形式无明显变化, 均为局部失稳。      

先进复合材料格栅加筋板的总体稳定性分析

通过建立复合材料格栅结构单元的基本力学假设和分析模型, 推导了一种新的等效刚度计算方法, 用于分析复合材料格栅加筋板的总体稳定性。该方法充分考虑了筋条和面板的相互作用和中面偏移效应, 并具有通用性。结合Rayleigh-Ritz能量近似法, 推导出了求解加筋板总体屈曲载荷的通用特征方程; 分析了多种算例, 并与修正平铺法进行了比较, 结果吻合得很好。      

Stacking sequence optimization of laminated plates

Optimum fiber orientations of laminated composite plates for the maximum strength are found under multiple inplane loading conditions. Tsai-Wu failure criterion is taken as objective function. Based on the state space method, effective optimal design formulation is developed and solution procedure is described with the emphasis on the method of calculations of the design sensitivities. Numerical results are presented for the several test problems.