复合材料曲板缺陷及安装误差对屈曲性能的影响

《复合材料曲板缺陷及安装误差对屈曲性能的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaJul，252016VoI‘37No．72180．2188lSSN1000-6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn复合材料曲板缺陷及安装误差对屈曲性能的影响朱琳，余音*，汪海上海交通大学航空航天学院，上海200240摘要：复合材料曲板的屈曲行为对缺陷十分敏感，研究数值模拟及试验中缺陷对屈曲性能的影响对复合材料曲板的工程应用具有重要意义。应用数值模拟方法研究了常见典型缺陷及缺陷所引起的安装误差对复合材料曲板届曲性能

2、的影响。建立了理想曲板模型和考虑安装误差的含缺陷曲板模型，缺陷类型包括复合材料曲板在制造过程中易产生的缺陷，如倾斜、厚度不均、翘曲。计算了模型在轴压载荷下的屈曲载荷及应变分布情况，并将含缺陷模型计算结果与理想模型进行比较。研究表明：倾斜对受载曲板的应变分布改变较大，会使试验件屈曲载荷大幅下降；翘曲对受载曲板的应变分布影响不大但会使试验件屈曲载荷大幅下降；厚度不均的缺陷对曲板屈曲性能影响较小。与含典型缺陷的曲板轴压试验结果对比，试验结果与理论研究结果一致。关键词：柱形曲板；屈曲；缺陷；安装误差；有限元分析中图分类号：V214．8；TB332文献标识码：A文章编

3、号：1000一6893(2016)072180—09柱形曲板具有外形流畅、抗弯抗扭性能强和质量轻等优点，被广泛地应用于航空、航天、船舶和土木工程等领域。在飞机结构中，柱形曲板被应用于机翼前缘、襟翼前缘和垂尾前缘，经常受到轴向压缩载荷，失稳是需要重点关注的破坏形式。失稳的发生一般是突然的，结构发生失稳后产生巨大的变形，突然失去承载能力，导致结构发生灾难性破坏。稳定性问题一直是飞机设计中人们所关注的重点。在最早的曲板稳定性研究中，研究者假设曲板是理想而没有缺陷的，并且认为曲板的极限载荷等于弹性临界屈曲载荷。RedshawⅢ根据能量法、Timoshenko和Ger

4、eL2j根据位移场的近似表达式先后得到了不同的弹性临界屈曲应力的表达式。然而，这些弹性屈曲临界载荷公式与试验结果相比误差很大。当缺陷敏感性的概念出现之后，研究者意识到弹性临界载荷并不等于极限载荷，且曲板与其他结构一样，具有后屈曲行为。Gerard和Becker在结构稳定性手册[31中提出了考虑曲板后屈曲的极限载荷公式。考虑缺陷和后屈曲的曲板稳定性问题计算更加复杂。近年来，有限元的发展为复杂结构的屈曲分析提供了方法。针对在欧洲标准中缺少预测柱形曲板极限载荷公式的现象，LeTran等[43应用有限元方法对金属柱形曲板的稳定性进行了计算，在数值解的基础上结合Eur

5、ocode3中平板与柱形壳稳定性验证过程，提出了一种预测曲板受轴压载荷极限强度的半经验公式方法。Martins等口3通过有限元方法研究了金属柱形曲板的弹性屈曲行为，考虑了曲率、宽高比和载荷类型对曲板稳定性的影响。Martins等邸3还研究了曲板的缺陷敏感性，得到了缺陷的幅度和形状对于不同曲率、长宽比的曲板极限载荷的影响。Shariat一通过数值模拟和试验的方法研究了CK20柱形曲板的屈曲载收稿目期：2015—08—28；退修日期：2015—11—18；录用日期：2015—12．22；网络出版时间：2016．01．1809：28网络出版地址：wwwcnkine

6、t／kcms／delail／111929．v．201601180928002．html*通讯作者．Tel：021·34206640E．mai

7、：yuyin@sjlu．edu．cn飘角格或：朱琳，会音．汪海．复合耪料蓝扳缺略及安装误差对屈馥性能的影响!司航空学报，20{6．37(7)：218012188。zHUL。yuY，wANGHE仟ectso{defects’ncy‰df}ca

8、oane

9、sana做一errorsonbuck

10、ingbehavior!如．ActaAer。naul}caetAstronaut

11、cas{n1．ca．2016，37(7)：2180

12、．2

13、88朱琳，等：复合材料曲板缺陷及安装误差对屈曲性能的影响荷及后屈曲行为，考虑了曲板高度、圆弧角度和边界条件的影响，数值模拟结果与试验结果吻合很好。随着复合材料结构的广泛应用，复合材料柱形曲板的稳定性也受到了研究者们的关注。wilkins[81进行了石墨一环氧层合胁板轴压稳定性试验，试验结果与瑞利一里兹能量法分析得到的结果吻合良好；通过改变曲板的铺层角度和半径／厚度比探究了这两个因素对于曲板稳定性的影响，为机身上这一部件的设计提供了参考数据。Shen[91应用微观一宏观解析模型研究了湿热条件对考虑剪切变形的层合曲板在轴压载荷下的屈曲与后屈曲行为的影响。z

14、immermann等n叩对碳纤维增强复合材料(CFR