全复合材料机翼的疲劳损伤容限分析

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1、硕士学位论文全复合材料机翼的疲劳损伤容限分析ALLCOMPOSITEAIRFOIL’SFATIGUEFORDAMAGETOLERANCEANALYSIS唐子恒哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O346.2+3学校代码：10213国际图书分类号：531密级：公开工学硕士学位论文全复合材料机翼的疲劳损伤容限分析博士研究生：唐子恒导师：张莉教授申请学位：工学硕士学科：固体力学所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月25日授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O346.2+3U.D.C:531DissertationfortheMasterD

2、egreeinEngineeringALLCOMPOSITEAIRFOIL’SFATIGUEFORDAMAGETOLERANCEANALYSISCandidate：TangZihengSupervisor：Prof.ZhangLiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SolidMechanicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofT

3、echnology摘要摘要复合材料作为一种新型材料，由于其具有诸多优良的性能，近年来，在工程领域得到了广泛的应用。复合材料各项力学性能的研究已经取得了很大成果，但是在复合材料疲劳领域，学者们更多的是用统计学的内容和经验公式来描述其刚度、强度和寿命的变化，而且他们所研究的内容仅针对单一复合材料，并不适用于任意复合材料。本文将从单向带和织物的基础实验展开，研究其基本的力学性能，并将其结果推广到复合材料层合板，进而应用到全复合材料机翼结构上，最后建立一套关于复合材料机翼损伤容限的实验设计方法。具体研究内容如下：首先，开展了复合材料单向带和织物两类实验件的基础力学实验，获得其

4、准静态条件下的强度、刚度；接着进行了拉-拉疲劳实验，对实验过程中的现象加以记录说明，获取疲劳寿命并绘制出S-N曲线，在疲劳实验基础上，进行了复合材料层合板的刚度退化研究和宏观尺度效应研究，为机翼结构的有限元仿真分析打下基础。其次，考虑机翼服役时两种实际工况，对全复合材料机翼结构进行了有限元线弹性仿真分析,用两种方法得到了相应的疲劳寿命(基于实验数据的任意铺层序列复合材料结构所建立的疲劳寿命经验公式法和基于低层级仿真分析的任意铺层序列复合材料结构所建立的疲劳寿命预示方法)。为保证结果可靠性，进一步分析了疲劳缺口系数对寿命的影响。最后，介绍了损伤容限分析的方法和步骤，并针

5、对飞机结构给出了飞-续-飞疲劳载荷谱的编制方法，用“混合同余法”产生随机数，用来随机排列飞机结构所受应力水平。根据所分析的全复合材料机翼结构，设计出了相应的疲劳实验工装，利用abaqus有限元软件分析了其安全性。关键词：复合材料；疲劳寿命；机翼结构；损伤容限-I-AbstractAbstractAsanewtypeofmaterial,compositematerialshavebeenwidelyusedinengineeringfieldinrecentyearsbecauseoftheirexcellentproperties.Themechanicalprop

6、ertiesresearchofcompositematerialshasmadegreatachievements,butinthecompositematerialsfatiguefiled,moreresearchersusecontentsofthestatisticalandempiricalformulatodescribethechangeofthestiffness,strengthandlife,andtheyonlyconsideronecompositematerial,thesestudiesarenotapplicabletoanycompo

7、sitematerial.Thisarticlewillbeginwithexperimentsofunidirectionalcompositeandfabric,studyingthebasicmechanicalpropertiesanditsresultsaregeneralizedtocompositelaminatedplate.Thentheseresultsareextendedtothewingstructure.Finally,asetofexperimentaldesignmethodsfordamagetoleranceofc