湿热环境对复合材料加筋板压缩性能的影响

使纤维增强树脂基复合材料加筋板在70℃、水浴条件下达到吸湿平衡,然后对普通加筋板和吸湿平衡后加筋板进行压缩试验,研究了湿热环境对复合材料屈曲形式、屈曲载荷、破坏载荷和承载能力的影响。结果表明:两种加筋板的破坏形式均主要表现为筋条的脱胶、断裂和蒙皮的撕裂,吸湿后的加筋板仍存在后屈曲过程,但其屈曲载荷下降了8.4%,破坏载荷下降了19.2%。     

复合材料加筋壁板稳定性影响分析

分别运用特征值法和弧长法开展T字型加筋壁板稳定性及其影响因素分析.分析表明:特征值法和弧长法所得结果相近,弧长法分析结果较为安全,特征值法可作为观察模型屈曲位置及模态图的分析方法.加筋壁板屈曲载荷随筋条间距的变化呈抛物线状,较平均的筋条布置有利于加筋壁板的整体稳定性.加筋壁板屈曲载荷随凸缘宽度的变化呈抛物线状,保持筋条横截面面积不变,筋条凸缘宽为60mm时屈曲载荷达到最大值.较小的凸缘宽度会导致筋条屈曲的发生,应在实际设计中予以避免.     

湿热环境对纤维增强树脂基复合材料加筋板剪切性能的影响

对纤维增强树脂基复合材料加筋板进行湿热试验,使其在70℃、水浴条件下达到吸湿平衡;分别对普通加筋板和吸湿后加筋板进行了剪切试验,研究了湿热环境对复合材料加筋板剪切性能的影响。结果表明:试验过程中,两种加筋板均未出现明显的屈曲现象,其破坏形式主要表现为试样的四角破损、蒙皮开裂、变形等;湿热环境对试样的剪切破坏载荷有着显著的影响,吸湿后复合材料加筋板的破坏载荷下降了9.9%。     

复合材料加筋板在剪切载荷下的屈曲特性研究

通过对复合材料薄壁加筋板结构进行剪切载荷下的屈曲试验研究,得到结构的屈曲模态、屈曲失稳载荷以及破坏形式,并通过有限元方法对结构的屈曲进行数值分析,分析得到的复合材料薄壁加筋板结构的屈曲模态和试验结果一致,屈曲载荷与试验结果吻合较好.试验还发现复合材料薄壁加筋板结构有较高的后屈曲承载能力,后屈曲过程中由于桁条脱胶会造成屈曲模态的变化.还分析了筋条的连续性对屈曲载荷的影响.     

加筋结构后屈曲有限元建模方法研究

预估加筋结构的承载能力对飞机设计极为重要,对整体加筋结构和铆接加筋结构分别拟定一系列不同的有限元模型化方法,考虑材料和几何非线性进行后屈曲分析。对比试验数据和分析结果可知,选取合适的离散化方法可以准确预估这两种结构形式的破坏载荷。对含有整体加筋板和铆钉连接的机翼盒段进行后屈曲分析验证,有限元预估值与试验数据吻合很好。     

典型复合材料加筋壁板优化设计

针对复合材料加筋壁板的稳定性优化问题提出了一种用混合罚函数法、Powell法、黄金分割法、改进的坐标轮换法和遗传算法相结合的混合优化算法.并通过优化程序实现了以加筋板的屈曲载荷最大为目标的优化设计,最后通过算例验证了优化方法的有效性,同时对优化结果进行了深入地分析.得到的结论对加筋板的设计有一定的指导意义.     

一种Z形加筋焊接壁板压缩失稳极限载荷的求取方法及有限元分析

以大型Z形加筋焊接壁板为研究对象,结合理论分析和Abaqus有限元模拟研究了其压缩失稳极限载荷,为大型焊接壁板的应用提供理论支持及有限元模拟方法,节约试验成本、提高工作效率。理论部分研究了有效宽度和惯性半径之间的关系,以及当蒙皮与长桁材料不同时的平均载荷的求取方法。有限元模拟分析通过提取载荷比例因子(LPF)的极值确定壁板的极限载荷。为提高模拟的准确性,根据焊缝的强度及云图判断开焊顺序,研究开焊过程中的极限载荷的变化,确定极限载荷范围。理论值和模拟值与实验值对比验证。最后模拟分析了材料弹性模量对极限载荷的影响,由分析结果可知适当提高长桁材料的弹性模量更有利于增大整体极限载荷。     

压剪复合载荷作用下的复合材料加筋壁板设计与试验验证

壁板结构作为飞行器重要的组成部分,在积木式验证体系中占比庞大。在飞机服役过程中,壁板结构真实的受力状态一般不会是单一的压缩或剪切,而是复合载荷状态。国内以往受限于复杂载荷边界条件下壁板试验方法及装置的局限性,在飞机设计过程中,常通过盒段试验来进行壁板选型。目前,中国飞机强度研究所自主研发了复杂载荷壁板试验装置。文章在该装置上对复合材料加筋壁板进行了压剪复合载荷试验,基于数字图像相关技术和应变片测量技术结合的方法对试验全过程进行监测,并对试验过程及结果进行了分析。结果表明,加筋壁板在承受复合载荷作用时的破坏模式主要表现为三类：一是在试验件中上部呈典型剪切失效模式,沿试验件剪切加载方向撕裂;二是试验件右下角加强片处由于压缩载荷作用发生断裂;三是在侧边加强片与蒙皮交界处发生大面积裂开,可能与压缩/剪切载荷的复合作用有关。     

典型加筋壁板纯剪切工况有限元模拟

针对典型加筋壁板纯剪切试验夹具,利用Abaqus软件对该纯剪切工况进行模拟,验证夹具设计的合理性。采用一维、二维和三维单元相结合的方式,显著提高计算效率。从壁板承受面内剪力角度分析加筋壁板的整体受力情况。计算结果表明,整体模型von Mises应力呈现中心对称性,壁板芯边界上距加载端较远区域应力分布均匀,满足纯剪切条件;壁板向加筋条的载荷传递效率较低;夹头螺栓附近应力呈现较好的对称分布。     

喷丸残余应力对加筋壁板压缩强度的影响研究

为研究喷丸残余应力对加筋壁板压缩强度的影响,采用Abaqus用户子程序引入典型喷丸残余应力,使用温度场等效法将喷丸残余应力转化为温度场边界条件。计算了不同残余应力峰值和残余压力层深度下加筋壁板结构局部屈曲和后屈曲特性。结果表明,喷丸影响系数与残余应力峰值和压应力层范围相关。给出了一种喷丸影响系数的简单确定方法,并对工程算法进行了修正。最后通过喷丸模拟获取了一组喷丸型材的残余应力分布,通过喷丸和未喷丸型材压缩试验结果对比,验证了工程修正方法的准确性。     

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。     

飞机壁板结构稳定性分析

应用非线性有限元计算技术研究了加筋壁板结构试验件在受压状态下的非线性变形及稳定性特性,所得到的结果与试验吻合。为真实模拟机翼中的加筋壁板结构在空气动力作用下的稳定性问题,又针对典型机翼模型进行了更为细致的非线性屈曲分析。最后,将两次模拟结果进行比较,给出了根据结构的加载响应曲线判断结构的屈曲类型、结构的屈曲临界点以及分析结构后屈曲承载能力的方法。     

损伤位置对复合材料加筋壁板轴压承载能力的影响

通过落锤冲击试验分别在复合材料加筋壁板的蒙皮中央、长桁平筋边缘和长桁轴线处冲击出深约1mm的凹坑,然后对其进行轴压试验,研究了损伤位置对加筋壁板轴压承载能力的影响,并与未损伤试样进行了对比。结果表明:损伤位置对复合材料加筋壁板轴压承载能力有很大影响,损伤位于蒙皮中央、长桁平筋边缘、长桁轴线处加筋壁板的屈曲载荷分别为未损伤加筋壁板的83.1%,90.7%,96.1%,破坏载荷分别为未损伤加筋壁板的90.2%,84.8%,79.7%;蒙皮对加筋壁板的整体稳定性起主要作用,筋条对加筋壁板的最终承载能力起主要作用。     

复合材料加筋板剪切屈曲特性研究

分别应用半经验工程算法和有限元软件MSC.Patran/Nastran对复合材料加筋板进行剪切稳定性计算,得到结构的失稳临界载荷;开展复合材料加筋板剪切稳定性试验,得到结构的屈曲形式、失稳载荷、破坏过程及破坏载荷。实验结果表明,复合材料加筋板的破坏形式主要表现为筋条的脱胶和蒙皮的破损,该型结构具有一定的后屈曲承载能力。研究表明,工程算法、有限元计算结果与试验所得局部屈曲载荷较吻合,说明工程算法和有限元模拟方法可以用来对该型结构的稳定性能进行分析,从而为该型结构的优化设计及工程应用提供分析参考。     

筋条形式和制造工艺对轴压载荷下钛合金加筋板力学行为模式的影响分析

加筋壁板是航空结构中常用结构形式,不同筋条形式和不同制造工艺会影响其力学行为及其失效模式.针对钛合金加筋板,采用有限元方法建立数值计算模型,研究了T型、L型和Z型3种不同截面形式筋条对加筋板的屈曲模态和破坏形式的影响机制,分析了焊接、点焊和铆接不同制造工艺对加筋板的屈曲载荷和后屈曲特性的影响.结果 表明:T型加筋板的屈...     

复合材料壁板后屈曲分析失效准则的适用性研究

为了筛选用于复合材料加筋壁板后屈曲分析的失效准则,设计了具有较长后屈曲历程的L型加筋条试验件,并对其进行压损破坏试验,同时建立了考虑渐进损伤的有限元模型,计算得到了载荷-应变曲线,屈曲载荷和破坏载荷。计算结果和试验数据吻合良好,预测的失效模式也与试验结果一致,验证了建模方法的有效性。并在有限元分析中分别采用了五种不同的失效准则进行计算,得到了各失效准则对应的破坏载荷和失效模式,表明通过L型加筋条试验和分析结合,可以对各个失效准则的有效性进行验证,避免失效准则选取的随意性,从而为复合材料加筋壁板后屈曲设计分析提供指导。     

某大型客机复合材料中央翼加筋上壁板制造技术研究

本文通过某大型客机复合材料中央翼加筋上壁板制造成型试验,对大型客机复合材料主承力构件制造技术进行了多方位的研究探索和试验验证,实现了复合材料零件生产过程的全数字化,制造出满足试验指标的复合材料中央翼上壁板组件。结果表明,建立的湿蒙皮+干长桁共胶接等解决方案,技术风险低,无损质量高,对长度4米以下的复合材料长桁加筋壁板制造提供一种思路。     

复合材料加筋壁板剪切破坏试验与后屈曲分析

针对复合材料加筋壁板在剪切载荷下的稳定性和承载特性,开展了破坏试验和后屈曲分析方法的研究。基于三维Hashin准则和平方应力准则作为复合材料层板和界面胶层的失效判据及刚度退化策略,建立了考虑渐进损伤的剪切破坏分析模型,利用编制的用户自定义UMAT子程序,实现了在ABAQUS中的应用和承载能力的求解。与试验结果相比,结构承载能力和应变状态数值分析与试验值吻合良好,预测的破坏模式也与试验结果一致,屈曲载荷和承载能力相对误差分别为5.4%和3.5%,验证了该建模分析方法的有效性。