非对称复合材料工字梁的变形分析

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1、文章编号：2095-1248（2015）02-0054-04非对称复合材料工字梁的变形分析1，21，21，21，21，2李淑萍，张春雨，杨康，马宏图，佟刚（1.沈阳航空航天大学辽宁通用航空重点实验室，沈阳110136；2.辽宁通用航空研究院设计部，沈阳110136）摘要：讨论了形心的位置对惯性矩的影响以及根部约束对梁的变形影响。梁沿翼展的分布是采用经典的升力线理论得到的。过载为4，安全系数为1.5。该梁实由多种复合材料制成的上下非对称的变截面梁，在此基础上计算了梁的变形。计算结果与试验相吻合，说明该方法适用于梁的变形计算。关键词：

2、复合材料；工字梁；变形中图分类号：Ｖ414.8文献标志码：Ａdoi：10．3969／ｊ．ｉｓｓｎ．2095-1248．2015．02．011AnalysisonthedeformationofunsymmetricalcompositeI-beam1，21，21，21，21，2ＬＩＳｈｕ-ｐｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＣｈｕｎ-ｙｕ，ＹＡＮＧＫａｎｇ，ＭＡＨｏｎｇ-ｔｕ，ＴＯＮＧＧａｎｇ（1.ＬｉａｏｎｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧｅｎｅｒａｌＡｖｉａｔｉｏｎ，ＳｈｅｎｙａｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ

3、110136，Ｃｈｉｎａ；2.ＤｅｓｉｇｎｉｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＬｉａｏｎｉｎｇＧｅｎｅｒａｌＡｖｉａｔｉｏｎＡｃａｄｅｍｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ110136，Ｃｈｉｎａ）Abstract：ＴｈｅｐａｐｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｃｅｎｔｒｏｉｄｏｎｔｈｅｍｏｍｅｎｔｏｆｉｎｅｒｔｉａａｎｄｔｈａｔｏｆｒｏｏｔｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎｏｎｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＩ-ｂｅａｍ．Ｔｈｅｓｐａｎ-ｗｉｓｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｃｌａｓｓｉｃ

4、ａｌｌｉｆｔ-ｉｎｇ-ｌｉｎｅｔｈｅｏｒｙｗｉｔｈｔｈｅｌｏａｄｆａｃｔｏｒｏｆ4ａｎｄｔｈｅｓａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒｏｆ1.5．Ｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｕｎｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｖａｒｉ-ａｂｌｅｃｒｏｓｓ-ｓｅｃｔｉｏｎｂｅａｍｓｍａｄｅｏｆｍｕｌｔｉ-ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．ＴＢｏｔｈＢｏｔｈｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄ．ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅＩ-ｂｅａｍｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ke

5、ywords：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌ；Ｉｂｅａｍ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ［5］复合材料由于高的比强度，材料的可设计性献研究的对象虽然是上下非对称的，但是未提使其在飞机上的应用越来越广泛。由于复合材料及剖面特性，未给出中性轴的位置，而中性轴的位压缩强度比拉伸强度低，因此在飞机结构设计上置会影响应力应变，尤其是文献［5］对于非对称经常采用上下非对称的工字梁。目前的形心计算结构，假定按对称结构分析，这样会导致较大的误［1］都是假定材料为均匀的，这对于金属材料来说差。文献［6］提及一种材料的中性轴问题，本文是合适的，对复合材料

6、来说就不适用，因为复合材对此进行了修改，更加实用。文献［7］将水泥和料结构是非匀质材料，各部分受力特性不一样。碳纤维增强塑料的弹性模量换算成木材的弹性模［2-4］目前的很多参考文献讨论的复合材料梁都是量，然后计算梁的形心。本文对非对称复合材料上下对称的，不单是几何对称，而且铺层也是对称梁进行了相关研究。均衡的，这种情况下中性轴就是对称轴。有些文收稿日期：2014-11-08基金项目：辽宁省科技厅工业攻关及成果产业化项目（项目编号：2012220013）作者简介：李淑萍（1968—），女，河北河间人，副教授，主要研究方向：飞机设计，

7、Ｅ-ｍａｉｌ：ｌｓｐ@ｓａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。第2期李淑萍，等：非对称复合材料工字梁的变形分析551ＲＸ1Ｅ锐翔飞机结构情况ＲＸ1Ｅ锐翔双座电动飞机（见图1）是由我校［8］按照ＡＳＴＭＦ2245-11Ｃ自主研发的大展弦比飞机，展弦比达到17。机翼结构主要采用单梁贯［9-12］穿机身形式，见图2。机翼的剪力通过与机身连接的销钉传给机身，见图3。图4上下非对称复合材料工字梁剖面ｂＡｚ+ｂＡｚ+ｈＡｚｆ11，ｆ11ｆ21，ｆ22ｗ1，ｆ33ｚ=（1）ｃｂＡ+ｂＡ+ｈＡｆ11，ｆ1ｆ21，ｆ2ｗ1，ｆ3其中ＮＡ＝（ｚ－ｚ）（Ｑ￣）1∑ｋｋ－

8、111ｋｋ＝1式（1）中，ｆ、ｆ、ｆ代表梁的上、下缘条及腹123板；ｋ代表梁的上、下缘条及腹板的一层；Ｎ代表梁的上、下缘条及腹板的总层数；在上、下平面或图1RX1E锐翔飞机侧面内第ｋ层的刚度矩阵．通过对锐翔飞机梁的计算，经对比研究，位置相差7.17