直升机复合材料波纹梁吸能特性试验研究与仿真分析

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1、总第189期2016年第3期直升机技术HELICOPTERTECHNIQUEGeneralSerialNo．189No．32016文章编号：1673—1220(2016)03-036-04直升机复合材料波纹梁吸能特性试验研究与仿真分析张桥，吴远飞(中国直升机设计研究所，江西景德镇333001)摘要对直升机复合材料波纹梁以6．45m／s碰撞刚性地面的吸能特性进行试验研究和仿真计算。复合材料波纹梁的破坏模式采用CRASURV方程描述。仿真分析预测结果与试验结果相吻合。关键词复合材料波纹梁；吸能；CRASURV方程；仿真分析中图分类号：V215．2；V214．8文献标识码：AE

2、xperimentalInvestigationandSimulationoftheEnergyAbsorptionCharacteristicsofHelicopterCompositeSineBeamsZHANGQiao．WUYuanfei(ChinaHelicopterResearchandDevelopmentInstitute，Jingdezhen333001，China)AbstractTheenergyabsorptioncharacteristicofhelicoptercompositesinebeamsimpactedtotherigidfloorwa

3、stestedandsimulatedunderthevelocityof6．45m／s．TheCRASURVformulaWasusedinthesimulationastheFailuremode．GoodagreementWasfoundbetweenthesimulationpredictionsandexperimentalresults．Keywordscompositesinewavebeam；energyabsorb；CRASURVformula；simulation0引言近几十年问，抗坠撞设计思想在航空和汽车领域发展迅猛，其目的是保证发生坠撞事故时，乘员

4、有较高的生存率。在坠撞过程中，结构必须以特定的崩塌模式破坏才能保证坠撞载荷恒定，只有这样才能最大限度地吸能和保证乘员的生存空间。复合材料吸能的过程与金属材料通过塑性变形吸能完全不同。事实上，复合材料结构的坠撞吸能机理非常复杂，它同时包含了纤维断裂、基体开裂、分层以及纤维与基体的脱粘¨，2J。由于复合材料表现出正交各向异性和脆性，复合材料结构的缓冲吸能能力不仅取决于材料本身的性能，很大程度上还取决于结构形式及失效模式‘31。本文建立了复合材料层压板波纹梁有限元模型，运用RADIOSS显式有限元分析代码进行仿真分析。复合材料单层板的力学性能采用CRASURV方程H1描述。分析

5、得到了波纹梁的位移一时问关系曲线、载荷一时间曲线、过载一时间曲线、压缩量、比吸能能力。同时进行了复合材料波纹粱的坠毁试验，仿真分析预测结果与试验结果相吻合。收稿日期：2016—06—02作者简介：张桥(1986一)，男，陕西西安人，本科，工程师，主要研究方向：直升机静强度设计，冲击动力学分析。2016年第3期张桥，吴远飞：直升机复合材料波纹梁吸能特性试验研究与仿真分析‘37·1波纹梁结构本文研究对象波纹梁结构形式如图1所示。波纹梁的高度H=280mm，宽度L=390mm，突缘宽度50mm，圆弧高Hr=31mm。材料为5224／G827(代号C1)和5224／G803(代号

6、C2)环氧碳纤预浸料和5224／120(代号G)环氧玻璃布预浸料，其中5224为改性环氧树脂体系，G803、G827为碳纤维织物，120为E玻璃纤维四枚缎纹布。腹板铺层顺序为[(±45)：G／(±45)c2／(o，90)C1／(0，90)C1／(0，90)C1／(4-45)C2／(±45)：G]，试验件理论厚度为1．48mm，质量为0．257Kg。复合材料材料力学性能见表1。图l波纹梁试件尺寸及铺层意图表1复合材料单层力学性能2仿真分析模型采用HyperMesh建立波纹梁坠毁仿真分析模型，上部正常区域单元尺寸4ram，底部与地面接触区域单元尺寸为1mm。上端采用刚体单元模

7、拟配重块，配重块质量为108kg，放开刚性单元沿速度方向的平动自由度；地面采用刚性单元模拟，约束地面的平动和转动自由度。图2仿真分析模型单层复合材料的性能采用RADIOSS中的mat—law25模拟，即采用CRASURV方程。CRASURV方程是在Tsai—Wu屈服失效准则的基础上考虑了复合材料正交各向异性的特点，即考虑了材料在0。和90。方向上拉伸、压缩屈服硬化指数的不同。Tsai—wu屈服准则见公式(1)：F(or)=F10r1+F2盯2+Fllor；+F220ri+，0盯；2+2F12盯10r2(1)式中：E：一÷+÷；