复合材料层合板开口补强优化设计

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1、南京航空航天大学硕士学位论文表录表3.1单层板性能常数...................................................................................18表3.2拉伸补强时响应面建模参数...............................................................29表3.3压缩补强时响应面建模参数...............................................................46vii承诺书本人郑重声明：所呈交的学

2、位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论[1]1.1复合材料概述1.1.1基本概念复合材料是由两种或多种不同性质的材料用物理和化学方法在

3、宏观尺度上组成的具有新性能的材料。复合材料按应用的性质可分为功能复合材料和结构复合材料两大类。功能复合材料是具有特殊功能的材料，如导电复合材料、烧蚀材料、摩阻复合材料等。目前主要研究的是结构复合材料，它有基体材料和增强材料两种组分组成。基体采用各种树脂或金属、非金属材料；增强材料采用各种纤维或颗粒等材料。其中增强材料在复合材料中起主要作用，提供刚度和强度，基本控制其性能。基体材料起配合作用，它支持和固定纤维材料，传递纤维间的载荷，保护纤维，防止磨损或腐蚀，改善复合材料的某些性能。纤维增强复合材料是使用最多的一种结构复合材料。它具有高的比强度和比刚度，材料具有可设计性，且制造工艺

4、简单，成本较低。纤维增强复合材料的纤维种类主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和芳纶纤维等。基体主要有树脂基、金属基、陶瓷基和碳基等。1.1.2复合材料的应用20世纪40年代初，由于航空工业和其他工业的需要，在设计制造高性能复合材料方面有很大的进展。玻璃钢最早于1942年在美国生产和应用于军用飞机雷达天线罩，它必须承受飞行时的空气动力载荷，耐气候变化，在使用温度范围内制品尺寸稳定，同时能够透过雷达波。铝可满足强度要求，但不能透过雷达波，陶瓷材料则相反，而玻璃纤维复合材料两方面能满足要求，因此在飞机制造方面得到应用。后来由于玻璃钢弹性模量不够，美、英等航空发达国

5、家先后研制了碳纤维、硼纤维等其他增强的复合材料，并得到了广泛的应用。在航空工程领域，复合材料已经应用于飞机机身、机翼、驾驶舱、雷达罩、机翼表面整流装置、直升机旋翼桨叶等。近年来应用复合材料的飞机例子有：1.F-18战斗机。图1.1表示飞机不同部位应用石墨/环氧复合材料的情况，其中有水平、垂直安定面，内机翼蒙皮，外机翼蒙皮，舵面，固定机翼后缘，火1复合材料层合板开口补强优化设计炮承载门等。图1.1F-18复合材料使用情况2.波音777大型双发动机宽体客机。图1.2表示飞机不同部位应用石墨纤维和混杂复合材料的情况，其中有安定面、发动机整流罩、机翼前缘板、舵面、机翼机身整流罩，主起落

6、架门、机翼起落架舱门、头部雷达罩等。每架飞机使用大约8400kg复合材料，占总结构重量的10%.最显著的是用碳纤维增韧环氧基体的大尾翼，节约重量15%-20%。图1.2波音777使用复合材料情况3.第五代民用客机波音787。波音787机体结构大约有50%是由复合材料制造，其中45%为碳纤维复合材料，5%为玻璃纤维复合材料，复合材料使用情况如下图1.3所示。相比于前面复合材料只占10%的波音777，波音787的复合材料使用率大大提高了，这也使得复合材料的制造技术提高了一个层次。大面积使用复合材料不止降低了飞机重量，而且由于复合材料比铝材更持久耐用，且减2南京航空航天大学硕士学位论

7、文少铆钉的使用，也提高了飞机的耐腐蚀性。图1.3波音787材料使用情况由图1.1、图1.2和图1.3可以看出复合材料已经越来越多的应用到航空结构中，新研制的各种飞机都大量采用了它。目前，复合材料的使用率已经成为评价飞行器先进性的一个重要标志。在航天工程领域，由于要将航天飞行器送入地球或其他轨道，必须超越第一宇宙速度——7.9km/s。按牛顿第二定律，物体得到的加速度与所受的力成正比，与其质量成反比，即既要增加火箭发动机的推力又要减轻飞行器结构的重量，而减重必须选用先进复合材料。图1.4表示航