基于蔡氏模量的复合材料刚度分析方法

复合材料各向异性及层状堆栈的特点使其分析过程中相比金属材料需要更多的工程常数输入和刚度等效计算,给复合材料的设计分析带来了较大的难度和计算量,蔡氏模量的引入为复合材料层压结构简化分析提供了新的思路。本文梳理了蔡氏模量、平均主刚度、厚度归一化、Trace归一化等概念和方法,通过对不同材料性能的分级统计,定义了具有一定工程普适性的虚拟单向板和主毯式曲线,验证了差异显著的碳纤维复合材料归一化刚度的相似性,主刚度方向数据变异系数小于3%。对机翼翼盒分别采用蔡氏模量估算材料模型和真实材料模型进行有限元分析,估算材料模型与真实材料模型所得到的机翼挠度与最大主应变偏差均小于1%,证实了蔡氏模量作为唯一工程常数在整体复合材料结构分析中的可行性。为结构初始设计阶段快速开展方案迭代提供了新的技术途径。