国产T300碳纤维格栅加筋圆筒轴压稳定性研究

为考察国产碳纤维复合材料的性能,分别制备了国产碳纤维和东丽T300的格栅加筋圆筒试验件,通过轴压试验研究了国产碳纤维格栅加筋圆筒的轴压稳定性。实验结果表明国产碳纤维结构件破坏载荷与进口件相比偏差小于5%,工艺稳定。采用MSC.Nastran非线性屈曲分析方法进行仿真分析,分析结果同试验值符合的较好,表明非线性屈曲分析能反映结构真实的失稳情况,更适合于分析筋条密度稀疏的格栅加筋薄壁结构。     

柔性支撑上FGM矩形薄板热屈曲的封闭形式解

针对典型的热防护组合结构建立物理模型,基于经典薄板理论(CPT),选取中性面为分析平面,推导出柔性支撑上FGM矩形薄板热屈曲方程。利用分离变量法得到了柔性支撑上FGM矩形薄板热屈曲问题的封闭形式解,该方法不仅适用于对边简支情况也适用于四边固支情况。分别对均匀升温、线性升温和非线性升温三种温度场的临界屈曲热载荷进行了计算,与已有文献结果对比验证了本文方法以及结果的正确性,同时进行了数值分析并给出结论。     

网格整体加劲圆筒壳的刚度参数计算和临界载荷计算

本文用七十年代发展起来的复合材料力学理论来简化网格整体加劲圆筒亮的刚度参数计算和临界载荷计算,使得整个推导过程及计算公式十分简便,物理含意清楚。用本文的计算方法对一些算例的计算结果表明:等网格整体加劲圆筒壳对承受轴压载荷似乎有明显的优点,在等重的条件下,其临界轴压大约比两向肋条加劲圆筒壳高25～30％。     

正交各向异性矩形薄板后屈曲行为分析和计算

本文利用摄动法分析了中面双向受压和周边受剪的正交各向异性矩形薄板的后屈曲问题。文中对几种典型的纤维增强复合材料矩形薄板给出了数值结果,讨论了弹性模量、边长比、载荷参数和支承条件对后屈曲行为的影响。数值结果表明本文级数解有较好收敛性,并与参考文献进行了比较,两者很吻合。     

胶接接头的微损伤特征值和破坏过程的声发射研究

金属胶接结构的破坏受胶层中微损伤活动过程的控制。本文在大量理论计算的基础上,对不同胶接剂—被接材料的组合,进行了微损伤活动的声发射研究。测定出刻画微损伤活动的特征值。这个实测值与理论计算结果是相当吻合的。由于篇幅关系,本文仅介绍了这项实验工作,并讨论了实验结果。有关理论计算部分拟另文发表。在确定了微损伤临界特征值之后,本文提出了一条胶接结构的强度设计准则,依此准则,将保证胶层无损伤的承载,从而提高了胶接结构的可靠性。由于该实验是在国外完成的,所用仪器、材料均系国外产品,特此说明。     

含面芯脱粘边缘闭合蜂窝壁板压缩稳定性研究

基于有限元软件ABAQUS,分别建立了无损伤和含板芯脱粘缺陷的边缘闭合蜂窝壁板的三维有限元模型。利用3种建模方法对比研究了边缘闭合蜂窝壁板在压缩载荷作用下的屈曲载荷规律和失稳模式。采用夹芯板理论将蜂窝芯等效为正交各向异性结构,板芯之间的胶层使用cohesive单元进行模拟。研究结果表明:随着脱粘尺寸的增加,蜂窝壁板的屈曲载荷呈现下降趋势;当30 mm≤D≤80 mm时结构由混合屈曲过渡到局部屈曲;两种等效模型发生局部屈曲后,无论是结构的屈曲载荷规律和屈曲载荷值还是失稳模式,均近似接近原始模型结果。     

复合材料结构强度的几个问题

本文从工程实际观点出发,考虑复合材料结构的特点、复合材料结构和金属结构之间的差异,讨论几个实际问题:复合材料结构的一种可能的铺层设计方案;复合材料结构的统计分析与可靠性设计;强加筋件加强的加劲圆柱壳稳定性;强度准则与断裂准则。给出几个有益的建议。为了加快工程应用步伐,应该紧紧围绕设计工程问题,以板、壳正交异性问题为主,开展工程性的理论和实验研究,特别要注意力学性能和较大模型件的实验研究。为减少结构初应力,应尽量采用对称铺层设计。     

网格整体加筋贮箱圆筒壳结构优化设计

为完成网格整体加筋贮箱圆筒壳的结构优化设计,本文首先开展了网格整体加筋贮箱圆筒壳的有限元模型参数化研究;然后基于参数化模型,进行了网格加筋角度的优化设计和加筋尺寸与壁面厚度尺寸优化设计,讨论了网格尺寸和加筋角度与结构屈曲稳定性和质量之间的关系;并利用实验设计的方法构造响应面代理模型对网格尺寸和加筋角度进行了优化设计.通过以上参数化建模、代理模型构建和优化设计,得到了一套较为完整可行的网格整体加筋贮箱圆筒壳结构优化设计方法.最后还对研究过程中发现的问题进行了总结.     

一种获取结构界面加速度阻抗的新方法

在振动试验测量技术研究中,提出了一种获取结构界面加速度阻抗的新方法——不测力法。通过设计带有集中质量块的圆筒结构试验件,对其进行了正弦扫描试验,获得了试验件的界面加速度阻抗,通过与有限元及测力法比较,验证了该方法的有效性。     

复合材料帽型加筋壁板轴压稳定性研究

本文的主要目的是研究复合材料加筋壁板的失效模式与屈曲稳定性。根据真实飞机结构,采用了帽型加筋壁板试验件构型。在本文中,通过试验方法来研究帽型加筋壁板的稳定性,分析了壁板端部设计与端部加载夹具等因素。同时,提出了一种计算帽型加筋壁板的屈曲载荷的工程方法。计算结果与试验数据吻合的非常好。     

曲面复合材料胶接修补参数优化

随着复合材料在航空结构上的应用越来越广泛,国内外对受损复合材料结构的修补问题开展了较多的研究,但目前所开展的研究基本上是针对平板结构的修补,曲板结构修补的研究开展很少,所以迫切需要开展这方面的研究。本文针对曲板复合材料孔洞型穿透性损伤,采用方形复合材料补片胶接贴补方式,对影响修补效率的多个胶接参数进行了分析计算。在有限元分析中,考虑到曲面复合材料的外形特殊性,及胶接修补的特点,建立了修补结构的力学分析模型:“三实体模型”。有限元分析采用ANSYS软件,所得结论对工程应用具有实用价值。     

关于受集中力加劲结构的分析

本文对受有集中力的等截面、变截面梁加劲圆筒结构设计进行了分析比较,给出了等截面、变截面梁在不同设计情况下的使用范围。     

航空高强度碳纤维单向层合结构复合材料在切削过程中的各向异性行为研究

单向层合结构的高强度碳纤维增强树脂基复合材料已逐渐发展成为航空承力结构件的主要材料,相关的切削加工需求也越来越多。由于显著的各向异性,单向层合结构的碳纤维复合材料易在切削加工中形成缺陷,难切削加工性明显。采用直角自由切削试验的方法,得到了T700航空高强度碳纤维单向层合结构复合材料在不同纤维方向角下的切削力、切削比能、切削温度、切削加工表面。基于试验结果讨论了碳纤维单向层合材料在切削过程中力热行为的各向异性,得到了不同切削参数条件下的切削比能图谱以及碳纤维复合材料的切削热源和传导模型。通过扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)分析了典型切削加工表面的特征,得到了不同纤维方向下的表面形成规律。     

损伤金属结构的复合材料胶接修补实验研究

采用复合材料补片对损伤的金属飞机结构进行胶接修修亘，可以经济而有铲地恢复结构的承载能力和延长结构的使用寿命，通过金属材料裂纹板胶接修补前后的静强度和疲劳寿命对比,验证了这种修补方法的可行性和有效性，。实验结果表明；裂纹板经复合材料补片胶接修补后，其静强度和疲劳寿命均有显著的提高，并且增加补片的宽度或者减小补片的长度，都可以提高结构的修补效果。     

密肋偏心加劲圆柱壳的弹性稳定性

整体加劲圆柱壳是目前型号中应用得最广泛的结构型式。本文利用线性各向异性理论,导出了密肋偏心加劲圆柱壳的弹性失稳临界轴向应力的计算表达式。着重分析了肋条的偏心影响。分析结果表明:肋条偏心对于壳体的失稳模型和失稳载荷都有大的影响,对于文中所提到的试验件,考虑肋条偏心影响的临界轴压计算值此不考虑偏心影响的计算值约低20～30％。试验结果表明:考虑偏心影响的理论计算结果与试验结果是比较一致的。     

结构变差系数简化计算

结构变差系数C_(Vs)为结构可靠性设计的重要参数之一。本文探讨了从结构元件变差求出组合部件变差系数的简化方法,对宇航结构中常用的加劲结构、光筒壳的变差系数作了实例计算并与试验结果进行了比较,表明这种简化计算方法比较经济、简便可行;在有条件时,如与Monte Carlo计算机模拟方法结合比较,则有助于从不同角度求得更接近实际的变差系数值。     

Nomex蜂窝芯静态压缩屈曲与后屈曲分析

基于自动铺丝工艺,为获得良好的蜂窝夹层结构自动铺放成型质量,建立了Nomex蜂窝芯在压辊压力下的屈曲、后屈曲和破坏整个失效过程的数值分析方法。采用线性屈曲分析法(特征值分析法)对蜂窝单元进行屈曲分析,得到一阶屈曲模态、屈曲特征值及屈曲载荷;引入初始结构几何缺陷,采用非线性屈曲分析法(弧长法)对Nomex蜂窝单元后屈曲行为进行分析,输出参考点RP-1的载荷-位移曲线,得到弧长法计算的屈曲载荷以及极限载荷值。通过对比试验结果与两种屈曲分析法得到:对于分析临界屈曲载荷,特征值法较弧长法更精确;而弧长法可以更好模拟结构的后屈曲行为,计算结果与试验数据基本吻合,为Nomex蜂窝夹心结构自动铺放成型过程中铺放压力的选取提供参考。     

复合材料胶补飞机损伤金属结构疲劳寿命分析

针对复合材料单面胶接修理飞机损伤金属结构疲劳寿命分析时,多种失效模式耦合作用、残余热应力和附加弯曲力矩以及裂纹非均匀扩展的影响,提出了一种能够综合考虑上述影响因素的复合材料修理损伤金属结构疲劳寿命评估方法。算例分析结果与试验结果吻合,表明本文方法可为复合材料单面胶接修理损伤金属结构疲劳寿命估算提供参考。     

复合材料夹层结构模拟冰型设计与分析

为满足ARJ21-700飞机模拟冰型试飞试验的需要,设计了一种新型复合材料夹层结构模拟冰型,对其用材、加工方式、安装方法进行了选定。选取模拟冰型典型段,制作试验件,通过地面模拟试验,得出了模拟冰型的脱落破坏载荷。基于界面元法,在ABAQUS中使用内聚力单元模拟胶接界面,计算出模拟冰型的脱落破坏载荷,计算结果与试验结果吻合良好,说明了数值模拟方法的准确性。试验、计算得出的破坏载荷都高于冰型实际受载,证明了本文设计方案可行,该种复合材料夹层结构模拟冰型可用于ARJ21-700飞机的试飞试验。     

组合荷载作用下非完善层合板后屈曲分析的半解析法

本文采用经典层合板理论，研究横向荷载作用下面内受压非完善复合材料层合板的后屈曲问题。分析中将板在横向荷载作用下产生的小挠度弯曲变形和几何缺陷视为结构的初始挠度，给出了基于摄动技术、单向DQ离散格式和Galerkin法的半解数值分析方法，可方便地分析不同边界约束（简支、固支、弹性转动约束等）层合板的后屈曲性态。文中通过算例讨论了边界约束、荷载型式、纤维铺设方式等因素层合板后屈曲行为的影响。