帽型加筋机身曲板后屈曲设计研究

复合材料加筋壁板结构广泛应用于现代飞机中,此类结构在工作状态下容易发生屈曲。大量试验表明,飞机复合材料加筋薄壁结构具有可观的后屈曲承载能力。提出了含内包层和无内包层帽型加筋机身曲板设计方案,使用Abaqus计算了有内包层和无内包层两种曲板在轴压载荷、纯剪切载荷、压剪复合载荷下的屈曲载荷、承载能力以及破坏模式。模型中使用蔡-吴准则作为复合材料的失效判据,损伤演化采用子程序Usdfld实现。分析发现,帽型筋条的内包层可以显著提高结构的后屈曲承载能力,延长结构的后屈曲历程。

变厚度帽型长桁加筋壁板自动铺丝工艺成形技术研究

针对帽型长桁加筋壁板的自动铺丝工艺成形技术进行了研究,并提出了帽型长桁加筋壁板各工序的关键工艺参数,通过研究自动铺丝设备的结构设计和控制系统设计,探究了帽型长桁加筋壁板的自动铺丝成形工艺,明确了自动铺丝间隙控制和工艺参数设计的基础,为帽型长桁加筋壁板的自动铺丝工艺成形技术的研究形成了一定的技术积累,具有较好的应用前景和经济效益。

民机复合材料帽型长桁压缩承载力分析与试验

为了验证民机复合材料帽型长桁压缩承载力分析方法的合理性,设计了某碳纤维复合材料单向带预浸料和织物预浸料混合铺层组成的帽型长桁结构试验件并对其进行了压缩承载力试验。试验结果表明,随着载荷的增加,长桁帽底蒙皮和帽腰、帽脚发生局部屈曲,进而使长桁发生压损破坏。分别利用工程计算方法和有限元分析方法计算长桁的初始屈曲载荷和压损强度。工程分析方法得到的计算结果小于试验结果,保守量分别为37.5%和27.6%;有限元分析得到的初始屈曲载荷和压损强度与试验结果均较接近,误差分别为1.4%和2.3%;对比分析表明,复合材料帽型长桁压缩承载力的工程分析方法较为保守,可保证结构设计的安全性。

复合材料加筋板轴压后屈曲及承载有限元分析

基于Mindlin板理论和拟协调层板单元理论构建了帽形复合材料加筋壁板层合板屈曲及后屈曲行为的有限元求解列式。采用Hoffman准则针对单层板的破坏效应进行描述。采用弧长法和基于渐近分析的路径转换技术定义了三种逐渐破坏状态,进一步确定了壁板的后屈曲承载能力。通过板梁结构的数值分析对本文层合板方法的有效性进行了验证。进一步针对典型的帽形长桁复合材料壁板结构屈曲及后屈曲行为进行了数值分析,预测了临界压力和后屈曲承载极限。方法的构建为复杂的长桁加筋结构板屈曲临界荷载预测及后屈曲承载能力预测提供了理论及软件技术基础,为进一步类似复杂加筋复合材料结构设计和优化提供了有效方法,可有效降低试验成本并提高设计效率。

复材帽形长桁压损失效与试验验证

为研究复材帽形长桁的失效行为,针对碳纤维增强树脂基复合材料帽形长桁的压损失效,提出了一种快速的有限元数值模拟方法。基于Tsai-Hill失效判断准则,利用Abaqus软件进行非线性求解,得到了长桁压损失效临界载荷。制造了6种不同尺寸的帽形长桁进行长桁压损试验,对比载荷位移曲线、结构失效载荷以及破坏模式,结果表明,该有限元数值模拟方法与试验结果一致性好,验证了分析方法的正确性,为长桁的设计分析提供了支持。

复合材料帽型加筋板冲击损伤后的弯曲性能

为了探究复合材料帽型加筋板在受到冲击损伤后抗弯刚度折减和强度降低的情况,以及对筋条R区填充捻子条的影响,在无损伤情况和预制特定冲击损伤情况下对两种构型的帽型加筋板进行四点弯曲试验。借助超声无损探伤设备检测损伤情况,并分析试验件载荷-位移曲线和应变等信息。结果表明:冲击损伤影响了复合材料帽型加筋板在承受弯曲时的刚度强度以及损伤扩展过程,在帽型加强筋R区填充捻子条可以提高加筋板的抗弯刚度和初始破坏载荷,但弯曲性能受冲击损伤影响更大。本研究可为飞行器、船舶、汽车的复合材料结构设计提供参考依据。

民用飞机复合材料帽型加筋夹角研究

在民用飞机复合材料帽型加筋壁板初步设计时,帽型加筋的夹角影响壁板的初始屈曲载荷大小。本文通过工程算法可快速得到初始屈曲载荷随着帽型加筋夹角的变化趋势,确定最优夹角;分别通过有限元模拟和试验测试验证了工程算法得到的变化趋势和最优夹角的正确性;同时表明工程算法得到的初始屈曲载荷小于试验测试结果,说明工程算法偏保守,可为设计师在初步尺寸设计时提供参考;有限元分析得到的初始屈曲载荷与试验结果较接近,说明有限元分析可作为强度校核的一种手段。

大型机身复合材料加筋壁板制造技术及应用

复合材料机身是我国新研制的大型民用客机的重要结构之一,其制造工艺直接影响产品的质量一致性、产能、成本等,传统手工为主的制造技术已远远不能满足当前要求。为了验证大型机身复合材料帽型加筋壁板的自动化成型工艺进行了多方位的研究探索和验证,通过串联自动铺带、自动铺丝、长桁毛坯的叠层滑移成形、填充芯材自动成形、长桁定位等工艺,完成了大型壁板的制造。研究表明,选择的壁板制造工艺技术风险低,质量一致性高,为大型复合材料机身帽型加筋壁板的自动化制造提供了基础。

船体复合材料帽型加筋板渐进破坏分析

复合材料加筋板复杂的破坏过程与失效形式增加了应用难度。以面外均布载荷与面内压缩联合作用下的夹芯复合材料帽型加筋板为研究对象,在通过试验结果验证非线性有限元方法准确性的基础上,基于复合材料的hashin准则与胶层界面的最大应力准则展开渐进破坏分析,讨论了极限载荷、破坏模式及失效机理。采用有限元子模型技术对中段破坏区域建模,基于Shokrieh-Hashin准则进行局部破坏分析,讨论蒙皮的铺层损伤规律。结果表明:加筋板呈整体一阶屈曲破坏,极限载荷为316.8 kN;壁板下蒙皮的纤维压缩失效是导致加筋板整体破坏的原因;各铺层的面内失效规律基本相同,蒙皮的纤维压缩失效从外层逐渐向内层扩展,且扩展速率逐渐降低。

叠层滑移工艺制造大型机身帽型长桁

叠层滑移工艺是自动化制造大型帽型长桁的一种新工艺,为验证该工艺进行了多方位的研究探索和验证,通过串联自动铺带、超声切割、长桁毛坯的叠层滑移成形、热压罐固化等工艺,完成了大型机身帽形长桁的制造。采用多种手段对长桁的质量进行了检查。研究结果表明,该套工艺技术风险低,质量一致性高,为大型复合材料长桁的自动化制造提供了技术基础。

基于局部屈曲、压损载荷的帽型长桁截面优化设计

由于帽型长桁的截面尺寸较大,其两边突缘与蒙皮相连形成一个闭合截面,具有很高的受压稳定性,因此被广泛应用于复合材料机身壁板。在局部屈曲和压损载荷下,用MATLAB线性优化帽型长桁截面尺寸,并得出帽型长桁局部屈曲载荷与帽底宽度,帽腰和帽底夹角的关系曲线;压损载荷与帽底宽度,帽腰和帽底夹角的关系曲线,为设计师在初步尺寸设计时提供参考。

复合材料帽型加筋壁板结构VARI工艺模拟与制造技术研究

采用PAM-RTM软件,对帽型加筋壁板结构进行了树脂流道仿真与设计。过程中,分别对注射口和溢料口在蒙皮、筋条等典型区域的分布位置和数量,树脂重力及注射溢料开关顺序对壁板树脂渗透效果及注射时间的影响进行了分析对比。仿真结果表明:采用蒙皮边缘两端注射帽顶溢料、从零件边缘向中央区域依次关闭溢料口的流道设计,零件出现缺陷的概率最小。以此仿真结果为参考,开展了帽型筋条壁板VARI工装设计与制造,最终通过零件成型及质量检测验证了仿真分析结果的有效性。

大型客机机身壁板长桁初步布局方法

大型客机机身壁板长桁布局是进行机身壁板减重优化的初始输入条件,因此确定机身壁板长桁布局是开展型号研制时的最重要的基础工作之一。分析大型金属客机机身壁板长桁布局的有关主要影响因素,同时对当前大型复合材料客机普遍采用帽形长桁对机身长桁布局的影响进行了研究,总结了机身长桁布局的主要结构约束条件。以上述工作为基础,提出了一种大型复合材料客机机身壁板帽形长桁布局方法,据此给出了大型客机长桁初步布局方案,对国内大型客机型号研制有一定的工程参考价值。

热模压预成型工艺参数对复合材料帽型长桁质量的影响

本文采用热模压预成装置将碳纤维单向预浸料层板制备成帽型结构长桁预成型体,通过对不同工艺条件下制备的帽型长桁预成型体的表观质量、厚度和纤维偏转角度进行检测,考察和分析了成型温度和速度对预成型体质量的影响规律。当成型温度较低时,由于树脂的黏度较高,预浸料层间摩擦力较大。预成型体表面出现褶皱现象,并且纤维由于受到层间剪切的作用而出现角度偏转。当成型温度较高时,树脂受到压力作用更易流动。这不仅降低了预成型体的厚度,同时也减弱了树脂束缚纤维的能力,使纤维偏转角度增加。而当成型速度增加时,预浸料层间的摩擦力使纤维的偏转角度增大。因此在预成型过程中,为了提高预成型质量,工艺温度和成型速度应控制在一定范围内。

热压罐工艺帽型加筋壁板长桁胶接变形问题

采用"干长桁+湿蒙皮"共胶接工艺制造复合材料帽型加筋壁板零件时,发现长桁在胶接固化后普遍存在压塌式变形及胶接面胶层厚度不均匀的现象。为改善上述问题以实现复合材料帽型加筋壁板的高精度成型,通过试验件的制造和检测收集了长桁胶接前后的变形数据及胶接后的胶层厚度数据,分析了长桁在热压罐中胶接时的受力状态及导致长桁变形的主要原因,并采用有限元模拟对分析进行了验证。结果表明:帽型长桁在胶接后确实发生了压塌式变形,长桁胶接时帽顶R区的内外压力差及长桁缘条侧边加压不充分是导致变形的主要原因。将长桁缘条侧边倒成斜边或可减小这种变形的程度。