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。

飞机焊接加筋壁板拉伸强度预估方法研究

对民机焊接加筋壁板结构的拉伸强度预估方法进行研究,依据复合材料力学中弹性模量混合律,提出一个预估飞机壁板结构拉伸强度的理论公式,并通过引入焊接接头的力学性能、离面弯矩、长桁截面形状、蒙皮应力集中等4个系数,反映各因素对壁板结构强度的影响。通过与飞机新型搅拌摩擦焊接铝锂合金壁板拉伸试验结果比较可知,理论计算值比试验值大3. 81%,误差较小,证明了本研究所建立的理论公式具有一定的可靠性和正确性,所述的预估方法可为焊接加筋壁板结构的选材、工艺性能的改进和航天设计人员预估飞机壁板强度值提供参考。此外,利用有限元方法对两组具有不同焊缝状态的壁板的拉伸力学行为进行了模拟分析,结果表明焊接加筋壁板在拉伸破损失效过程中,焊缝开裂状态对壁板抗拉强度无太大影响,同时通过有限元应力云图可以观察到壁板的高应力区,显示壁板的失效过程,在今后对新型民机焊接壁板结构的设计和选材预研阶段,可以通过有限元模拟替代飞机壁板大型结构件拉伸试验,减少预研的周期和成本,提高试验的效率。