复合材料尾翼盒段静强度仿真分析与试验研究

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1、工学硕士学位论文复合材料尾翼盒段静强度仿真分析与试验研究SIMULATIONANALYSISANDEXPERIMENTALSTUDYONSTATICSTRENGTHOFCOMPOSITEBOXSTRUCTUREINTAIL姜茜哈尔滨工业大学2013年7月中图分类号：V215.2学校代码：10213UDC:530密级：公开工学硕士学位论文复合材料尾翼盒段静强度仿真分析与试验研究硕士研究生：姜茜导师：高维成教授申请学位：工学硕士学科：固体力学所在单位：航天学院答辩日期：2013年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学IlassifiedIn

2、dex：V215.2UDC.:530DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSIMULATIONANALYSISANDEXPERIMENTALSTUDYONSTATICSTRENGTHOFCOMPOSITEBOXSTRUCTUREINTAILCandidate：JiangQianSupervisor：Prof.GaoWeichengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SolidMechanicsAffiliati

3、on：SchoolofAstronauticsDateofDefence：July2013II哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要复合材料制造成本的降低，促进了复合材料及其相关技术在航天航空领域的广泛应用，不仅实现了复合材料比重的迅速增加，也逐渐开始从受力较小的构件向机翼及机身主承力结构的转变。盒段结构是飞机中重要的承力结构之一，研究复合材料盒段的力学性能，对于提高复合材料在飞机结构中的应用至关重要。盒段结构主要由多种薄壁构件组成，容易在达到破坏载荷之前发生失稳，造成结构的提前失效，开展稳定性研究对于分析盒段结构力学性能的具有重要意

4、义。本文主要研究一个结构形式确定的简化平直盒段，在扭转载荷和弯曲载荷作用下的力学性能。首先，根据结构特点和受力特性，在有限元软件中建立盒段结构模型，利用线性求解器对设计扭转载荷下目标结构进行静强度分析。利用线性求解器和非线性求解器分别对承受弯曲载荷的盒段结构进行分析，根据软件计算结果，确定结构的稳定性承载能力和初始失稳位置，对盒段的典型组成构件在弯曲载荷作用下和失稳状态下的受力情况和变性特征进行分析讨论。然后，对盒段结构进行静强度试验，验证它在限制载荷下的受力特性；完成极限弯曲载荷下破坏试验，确定结构的强度，并分析试验过程中结构的

5、失稳特性和破坏模式。最后，结合试验数据和现象，对比了线性有限元方法和非线性有限元方法对于盒段结构的分析有效性。本文通过数值仿真与试验相结合的方式，对尾翼复合材料盒段结构进行给定载荷形式下的静强度分析，验证结构中的薄弱环节，为之后的结构设计和改进提供了一定的参考作用。关键词：复合材料；盒段结构；薄壁结构；稳定性；静强度I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThefabricatingcostdeclineofcompositematerialshaspromoteditsandrelatedtechnologies’wid

6、espreadapplicationinaerospaceengineering.Compositematerialsnotonlyachieveitsrapidincreaseinproportion,butalsobegintotransferfromsmallcomponenttomainbearingstructure,suchaswingsandfuselage.Boxstructureisoneofthemostimportantbearingstructuresinairplanes.Thestudyonmechan

7、icalperformanceofcompositeboxstructuresisessentialtocompositematerials’applicationinairplanestructures.Boxstructureismainlyconsistedofvariousthin-walledstructures,whichmaylosestabilitybeforetheirfailureloads,finallyleadingtostructuredamageinadvance.Stabilityresearchis

8、crucialtofurtheranalysisonmechanicalperformancesofboxstructures.Thispaperstudiesbehaviorsofasimplifiedcompositeboxstructure,