轻木夹芯/碳纤维复合材料结构后推构型无人机机身设计与分析

设计了一款后推构型轻木夹芯/碳纤维复合材料结构无人机机身,完成了机身气动外形设计、流场分析和内部结构设计。建立了机身结构有限元模型,完成了结构刚度校核。编写子程序,将3D Hashin失效准则嵌入计算模型,基于三类失效模式构建极限状态函数g(x),对机身结构进行了强度及稳定性校核。采用等步长施加超设计载荷,预测了结构的初始损伤位置及模式。对机身蒙皮铺层方案进行了优化设计,采用g(x)函数对更改铺层方案后的结构性能进行了评估。研究结果表明:着陆工况和最大飞行速度工况的机身蒙皮表面压强最大值均在机头整流罩区域。两种工况的极限状态函数g(x)均大于0,最大位移分别为3.076 mm和2.92 mm,机身结构满足刚度、强度和稳定性要求。对着陆工况施加1.17倍设计载荷时,油料舱下壁板轻木芯材发生压缩分层初始损伤。机身结构失稳发生于侧面蒙皮,提高45°铺层占比可提高蒙皮的稳定性。玻纤蒙皮铺层优化后,在质量不变的条件下,结构稳定性裕度提高了7.2%。

基于碳纤维复合材料轻木夹芯结构的起重机副臂架设计

针对汽车起重机臂架轻量化设计需求,设计了一种碳纤维复合材料轻木夹芯结构的汽车起重机副臂架。碳纤维复合材料密度低,比强度和比模量高,力学性能优异。应用有限元软件ABAQUS对碳纤维复合材料轻木夹芯结构的汽车起重机副臂架进行了结构设计和仿真分析。研究结果表明:碳纤维复合材料轻木夹芯结构副臂架中碳纤维复合材料上、下面板厚度分别为10 mm和8 mm,上、下面板铺层分别为[0/±45/02]10和[0/±45/02]8,其强度相比于碳纤维复合材料副臂架的安全裕量更大,同时刚度也满足使用需求,此时复合材料副臂架质量为251.4 kg,质量减轻达到了40%,具有良好的轻量化效果。