复合材料层合板的开口补强研究进展

复合材料在航空结构中的应用越来越广,在复合材料层合板上开口对其结构力学性能的影响需引起研究人员的重视。针对国内外近十年来的研究工作,系统地回顾了复合材料层合板的开口力学性能及补强设计方法的研究进展,从开口区域应力集中、开口层板稳定性研究、失效模式及补强方法等方面做了阐述;并对未来含有开口的复合材料结构设计的研究提出了一些建议。     

复合材料层合板开口补强技术试验研究

国内外学者对复合材料开口非对称补强做了很多研究,但主要集中在小开口的插层补强及共固化补强上。对用机械连接补强技术和插层补强技术补强后的层合板,进行拉伸和剪切试验;并采用有限元方法对补强后的复合材料层合板进行数值仿真,仿真结果与试验结果吻合得较好。经试验研究和数值仿真,得到各补强方案在各工况下的最大应变位置,并将不同补强方案进行对比。结果表明:插层补强方案优于机械补强方案。     

复合材料层合板开口补强技术试验和仿真研究

国内外学者对复合材料开口非对称补强做了很多研究,但主要集中在小开口的插层补强及共固化补强上。对用机械连接补强技术和插层补强技术补强后的层合板,进行拉伸和剪切试验;并采用有限元方法对补强后的复合材料层合板进行数值仿真,仿真结果与试验结果吻合得较好。经试验研究和数值仿真,得到各补强方案在各工况下的最大应变位置,并将不同补强方案进行对比。结果表明:插层补强方案优于机械补强方案。     

控制结构变形的复合材料层合板铺层优化设计

提出了一种基于梯度的复合材料结构优化方法，把层合板中材料一致、角度一致的单层集合的厚度作为设计变量，推导了结构刚度矩阵关于设计变量的导数，计算了结构重量和变形对设计变量的导数，采用牛顿一序列无约束规划法搜索优化问题的最优解。最后，运用提出的方法对某复材平尾结构进行了满足位移约束的重量最小化设计。     

受剪复合材料层合板开口应力应变分析研究

复合材料比强度、比刚度高,抗疲劳性能好,因此,越来越广泛地应用在航空、汽车和许多工程结构中,尤其是在航空领域。使用复合材料不但可明显减轻飞机结构质量,提高其结构疲劳寿命,还可提高结构效率,改善特定的气动性能,提高战斗机的作战性能。因此,在过去的30年里,复合材料在军用、民用飞机上的用量不断增加。复合材料在飞机结构上的用量增加的同时,在飞机结构中的使用范围也不断拓宽,使用部位从受力不大的部件如整流罩、前后缘、扰流板等次承力部位,到受力很大的水平安定面、垂直安定面、机翼等。随着复合材料的广泛应用,也会遇到一些新的问题。如在机翼结构中,尤其是在带整体油箱的机翼结构上（蒙皮、梁、肋）,由于使用要求,如保证油路、工艺施工、检查维修、设备安装、管道通过等,不可避免要在结构上布置各种类型、大小不同的开口或开孔。开口会改变结构的受力特性。因此有必要对复合材料层合板开口进行仔细的研究。本文主要针对受剪作用的复合材料层合板,运用工程软件计算分析了多种开口形状、开口方位、开口倒角大小等对层合板应力、应变集中的影响。对于薄板而言,易发生失稳破坏,本文最后对开口形状对层合板稳定性影响也进行了探讨。     

复合材料层合板胶接补强结构的承载能力分析

在任意四边形四节点复合材料层合板壳单元的基础上，推导了相应的八节点胶单元，并采用蔡-希尔强度理论以及蔡氏刚度退化准则，对复合材料层合板胶接补强结构进行刚度分析和极限承载能力分析，编制了相应的有限元分析程序。通过算例，对不同的补强面积对结构挠度的影响，以及对复合材料层合板开孔处补强结构的破坏载荷进行了分析和讨论，得到了一些有益的结果。     

中央翼复合材料后梁大开口补强设计与分析

复合材料作为一种优良的航空材料,具有比强度高、比刚度大,材料力学性能可设计等优点。复合材料中央翼后梁因制造性和维护性要求需要开孔,由于复合材料各向异性的特点,其开口加强结构设计比金属结构更为复杂。通过中央翼复合材料后梁大开口设计并开展试验研究,对飞机中央翼复合材料后梁开口结构设计提供技术支持。     

复合材料层合板机械连接研究进展

机械连接因其可靠性以及连接工艺上的优势,受到学者和工程界的高度重视.当前国内外学者对机械连接的研究主要是进行数值模拟与试验研究.接头的承载强度、失效形式以及疲劳性能是衡量接头性能的主要指标.接头形式、铺层角度、几何尺寸、钉孔间隙、预紧力等是影响接头性能的主要因素.在实际工程应用中,这些研究对于提高复材机械连接性能有着重要意义.     

复合材料层合板装配精度影响因素研究

受制造能力的限制,零件加工和装配过程难免存在误差,因此产品的装配精度难以保证。不同于金属材料,复合材料具有各向异性的特性。因此,复合材料产品的装配精度更加难以控制。针对复合材料产品装配精度难以保证的问题,分析了复合材料层合板装配精度影响因素。采用有限元仿真分析方法,通过将同一批零件进行编号并重新配对组合,分析不同零件配对组合方式对装配精度的影响;对于由多个零件组装而成的装配顺序可调整的产品,分析不同装配顺序对装配精度的影响。研究表明,零件的不同配对组合方式和装配顺序都会对装配精度产生影响,因此,在实装前进行装配精度预判,选择最优的零件配对组合方式和装配顺序对提高复合材料产品的装配精度是非常必要的。     

复合材料层压结构铺层顺序优化设计特征提取算法

受在感知过程中抓住主要特征的启发,结合复合材料层压结构优化问题的特点,借鉴遗传算法、蚁群算法等模拟进化优化算法的流程,提出1种"特征提取"的优化算法。根据目标函数值f(→Xj)(j=1,2,…m)的大小,对相应的m个设计变量向量→Xj=(x1,j,x2,j,…,xi,j,xn,j)(j=1,2,…m)进行排序;在一定的"背景噪声"S下,根据"特征提取"指示向量P提取群组中较优方案的共同特征,生成m个新的设计变量→X′j。算例验证表明,所提出的算法是有效的。     

T800/5228E复合材料层合板动态冲击力学响应

研究了宽冲击能量范围(12.8、25.5、34.2、42.3与51 J)内T800/5228E复合材料层合板动态冲击力学响应历程.结果表明,复合材料层合板损伤历程依次为裂纹引发→分层扩展→最大损伤→二次损伤等,冲击能量基本不会对其发展演化历程产生影响;力学损伤参数研究发现,赫兹失效载荷Fh与冲击能量成线性关系,而最大作用载荷Fmax与冲击能量为特定指数函数关系.不可逆能量Lw与能量吸收率η研究表明,两者均与冲击能量保持单调递增关系,反映复合材料板的损伤程度在加重,但损伤面积基本趋于稳定,纤维断裂等二次损伤可能成为新型能量吸收方式.     

复合材料厚板双轴非线性刚度特性分析

基于非线性本构关系与厚板理论,研究了一种采用增量步迭代法对复合材料厚层合板渐进失效过程进行双轴刚度特性分析的方法。以三维Hashin失效准则为单层板失效判据,当层合板中有一层或多层被检测到失效时,对失效层进行刚度折减,并在增量过程中不断更新刚度矩阵。采用有限元软件MSC.Patran自带的编程语言PCL,编写了计算程序。应用该程序分别对不同材料和不同铺层的层合板算例进行非线性刚度计算,给出了不同的铺层和材料组合下层合板在不同载荷比下的应力-应变曲线,展示了层合板渐进失效过程中应力-应变的变化关系,为复合材料厚板失效分析过程中的刚度变化提供理论与计算依据。     

考虑层间应力的厚复合材料结构多级优化设计方法

充分发挥复合材料的利用率,降低结构重量,厚复合材料结构优化设计是非常重要的。然而优化设计空间复杂,层间应力问题突出,离散设计变量等问题使得厚复合材料结构的优化变得十分困难。针对由铺层相同的子层板叠成的厚复合材料层合板结构的复杂优化问题,本文提出一种多级优化设计方法。第一级优化采用基于径向基神经网络代理模型的优化设计方法,设计变量为子层内层数及铺层比例;第二级优化分为两个层次进行,系统层以结构重量最轻为目标,设计变量为子层数,子系统层采用遗传算法优化铺层顺序,以层间应力因子最小为目标。结合算例,通过Matlab编写遗传算法,并应用Isight集成Matlab来实现该优化设计方法。结果表明:本文提出的多级优化设计方法是有效的,能够很好地实现具有周期性铺层方式的厚复合材料层合板结构的优化设计。     

含孔平面编织混杂铺层层合板压缩性能

对含孔平面编织混杂铺层复合材料层合板的压缩性能进行试验研究,考察铺层比例和铺层顺序对其压缩破坏和压缩强度的影响, 然后利用点应力判据和平均应力判据进行层合板剩余压缩强度的估算.结果表明0°铺层比例的增加,提高了层合板的剩余压缩强度;(±45) 编织铺层比例在20%～25%之间有助于提高层合板的剩余压缩强度;点应力判据和平均应力判据适用于这种混杂铺层层合板的剩余压缩强度的估算.     

碳纤维复合材料层压板低速冲击试验研究

为研究复合材料不同铺层结构的抗冲击性能,采用碳纤维预浸料制备了单向[0°]8和正交[0/90]2s铺层2种不同结构的碳纤维复合材料层压板,并使用Instron 9250落锤冲击测试仪测试其低速冲击性能,得到了载荷-时间曲线,分析了2种不同铺层方式的复合材料层压板的低速冲击加载力学性能,得到复合材料层压板的破坏形态来分析其破坏方式。结果表明:2种铺层方式产生了不同的破坏模式,正交[0/90]2s的复合材料层压板的抗低速冲击能力要优于单向[0°]8铺层的。     

双轴转位机构内框的结构优化设计

为了提高某型转位机构内框的精度,使用响应面方法和多目标遗传算法,针对内框的尺寸参数进行了多目标优化。优化结果有效的减轻了转位机构内框质量,提高了内框的一阶固有频率。最后使用Ansys Workbench进行仿真验证,表明该优化方法具有一定的准确性和可靠性。     

具有随机不确定性的机翼颤振优化

针对不确定性参数在颤振优化分析中的影响,提出了一种含颤振约束的、具有随机不确定性的机翼气动弹性优化设计方法.在MSC.NASTRAN平台上建立了结构的动力学模型、采用ZAERO程序进行了非定常气动力计算与颤振分析,用响应面方法计算了隐式失效功能函数,以重量最小为设计目标,对包含颤振概率约束的复合材料机翼进行了优化设计....