复合材料多墙盒段后屈曲的破坏预测方法

目前复合材料垂尾已广泛运用在多种飞机型号上,为了保证结构安全,研究复合材料垂尾盒段的力学特性十分必要。建立在弯剪载荷下垂尾盒段屈曲和后屈曲的模型,重点研究了在弯剪载荷下后屈曲诱发的盒段蒙皮铺层间、蒙皮/缘条之间界面的失效问题;其中蒙皮铺层之间采用实体单元进行连接,连接界面采用二次应力准则作为损伤的起始判据,能量混合准则作为损伤的扩展判据,并且自定义损伤变量实现刚度的非线性衰减;蒙皮与缘条之间采用cohesive单元模拟胶层;复合材料壁板采用断裂面准则作为失效判据,该判据能有效判断基体的失效。该模型基于Abaqus动态显式分析步,屈曲模态、屈曲载荷、破坏形式与极限载荷与实验吻合良好,证明了该方法的有效性。     

复合材料蒙皮对机身段适坠性能的影响研究

针对运输类飞机复合材料机身段适坠性设计的需要,研究了复合材料蒙皮对典型机身段适坠性能的影响。利用HyperMesh建立机身段模型,采用LS-DYNA设置复合材料蒙皮铺层角度和铺层数,分析模型在6.67 m/s坠撞速度时的动态响应特性。仿真结果得到了机身段结构的变形、位移、应变和应力等数据,给出了座椅与地板连接处的加速度-时间历程曲线和机身段的破坏模式。仿真结果表明选取合适的蒙皮铺层角度和铺层数,可显著降低座椅处的过载峰值,有效提高复合材料机身段适坠性能。     

后屈曲复合材料加筋板筋条-蒙皮界面失效表征

针对后屈曲复合材料加筋板筋条-蒙皮界面失效,进行了基于六点弯试验的失效表征研究。在商业有限元软件Abaqus中建立加筋板轴压以及六点弯试验的有限元模型,采用Cohesive单元和子模型法,对轴压后屈曲和六点弯试验的筋条-蒙皮界面失效起始位置、失效模式及内力分布进行了对比分析。基于有限元结果,还推导了界面控制内力的计算方法,给出了界面脱粘的失效表征方程和失效包线。计算结果表明,六点弯试验可有效表征后屈曲复合材料加筋板的界面失效。     

整体编织加筋碳/环氧复合材料圆柱壳压缩试验

进行了整体编织复合材料圆柱壳轴压试验.实时记录载荷与多点变形曲线,测试蒙皮和加筋梁翼缘的应变,监测加载过程声发射信号,捕获破坏瞬态红外照片.测试结果显示:整体编织加筋碳/环氧复合材料具有较高的破坏强度,蒙皮和加筋梁翼缘腹板斜断口破坏,呈现脆性材料特征.     

整体编织加筋碳／环氧复合材料圆柱壳压缩试验

进行了整体编织复合材料圆柱壳轴压试验。实时记录载荷与多点变形曲线,测试蒙皮和加筋梁翼缘的应变,监测加载过程声发射信号,捕获破坏瞬态红外照片。测试结果显示：整体编织加筋碳／环氧复合材料具有较高的破坏强度,蒙皮和加筋梁翼缘腹板斜断口破坏,呈现脆性材料特征。     

复合材料尾翼盒段装配技术研究

为满足飞机高性能、长寿命、低成本的要求,国内各型号飞机研制中已经逐步开始使用或提高复合材料使用量,并逐步从小组件应用于翼盒等大部件中.然而,各主机厂对复合材料结构装配经验缺乏,难以满足产品高质量的装配需求.本文以某型机复合材料垂尾盒段为对象,提出复合材料零件定位原则及部件装配方案,设计数字化复合材料垂尾盒段装配型架.结合垂尾盒段结构特点,开展工艺参数试验,形成了一套基于T300级复合材料异质叠层的成体系的制孔工艺参数选择方案,实现了弱骨架复合材料部件的装配.     

飞机复合材料蒙皮的优化设计

从工程实际出发,提出了一种针对连续纤维增强复合材料蒙皮的三级优化设计方案。能够从铺设角、铺层比例、铺层厚度、铺层块形状及位置以及铺层次序等多个方面给出层合板的设计参数。在设计过程中．加入了一系列与实际加工制造非常吻合的制造性约束,使复合材料层合板构件的优化设计结果具有非常好的可制造性。运用该方法对某型飞机复合材料机翼前缘蒙皮进行了优化设计,取得了良好的设计结果。     

基于粒子群算法的机翼蒙皮层合板铺层参数设计

在复合材料机翼蒙皮的设计中,上蒙皮的稳定性和面内刚度问题一直被重点关注.为研究蒙皮铺层参数对稳定性和面内刚度的影响,文中建立了基于粒子群算法的权重理想点法的多目标优化模型,并对机翼蒙皮层合板在不增加结构质量的前提下进行蒙皮刚度和稳定性的多目标优化设计.提出的权重理想点法可以使多目标问题更灵活和简洁地转化为单目标优化问题.针对层合板优化的特点,在标准粒子群算法中引入自适应惯性权重和变异策略,提高了优化精度.最后对4种蒙皮层合板进行了优化计算,得到的数据对工程实际设计机翼蒙皮层合板铺层参数有参考价值.     

复合材料尾翼结构的稳定性分析及补强设计

基于MSC.MARC非线性有限元计算软件,针对复合材料垂尾结构进行了非线性稳定性计算.选用复合材料第1层和最后一层的应力绘制出应力随加载变化的曲线,该曲线不但能准确判断失稳临界点,而且还能形象地描述屈曲窝的形成过程.最后,依据蒙皮局部失稳后载荷的转移情况,综合考虑补强效果、结构增重及制造工艺等因素,选用在屈曲窝处布置纵向加强筋的补强方式进行稳定性补强.     

复合材料涡轮轴结构力学性能预测方法验证及优化设计

针对连续纤维增强金属基复合材料涡轮轴结构力学性能计算及优化设计问题,基于复合材料宏观叠层结构理论及经典层合板理论,开展复合材料涡轮结构力学性能计算。通过建立与试验件相同结构的有限元模型,边界条件及载荷与试验条件完全一致,计算涡轮轴结构节点应变、周向位移响应及其承载能力,并分析轴结构径向截面危险位置。将计算结果与试验结果对比分析,验证涡轮轴结构力学性能计算方法及失效分析的有效性。基于上述研究,建立某型发动机涡轮简化轴结构,采用遗传算法,优化铺层角度、铺层厚度及金属层厚度影响因素,最终在保证轴结构承载能力基础上,达到减重效果。