复合材料帽形加筋壁板轴压屈曲与后屈曲性能

《复合材料帽形加筋壁板轴压屈曲与后屈曲性能》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、复合材料帽形加筋壁板轴压屈曲与后屈曲性能汪厚冰陈昊雷安民魏宏艳陈丽敏李新祥中国飞机强度研宄所一室针对2种边界条件和3种板元宽度情况，采用几种屈曲方法对轴压载荷作用不的复合材料帽形加筋壁板进行了计算，得到了不同情况下的屈曲载荷，通过对复合材料加筋壁板儿种计算方法的计算结果与试验结果的对比，得到一种计算复合材料帽形加筋壁板轴压屈曲载荷更为简单有效的方法H衣据帽形加筋壁板的结构特点和试验后的破坏模式，提出一种估算复合材料帽形加筋壁板轴压破坏载荷的方法，用该方法在几个项目上的计算结果与试验结果进行比较，发现两者较吻合，验证了复合材料帽形加筋壁板轴压承载能力估算方法的合理性，为结构设计人员在初始设计

2、阶段对复合材料帽形加筋壁板轴压强度评估提供了一种简洁的途径。关键词：复合材料;帽形加筋壁板;屈曲;后屈曲;破坏载荷;加筋壁板结构由于具有较好的抗失稳能力和较高的材料利用率在飞机结构中大量应用，其中常见的筋条形式有:T型、工型、L型、帽型等，其中帽型加筋的截面尺寸较大，两边与蒙皮连接形成一个封闭切面，只有很高的受压稳定性，能承受较高的压缩载荷，最新研制的客机波音B787、空客A350在很多部位都采用这种结构形式。由于复合材料帽形加筋壁板由于重要的工程应用价值，其结构的屈曲和后屈曲是国内外研宄的热点，很多学者和研宄人员开展了大量的研宄，并取得了有意义的成果。Chiaia[2-3]等运用试验研宄

3、了单筋帽形壁板的损伤容限评估方法及单筋帽形壁板的屈曲和后屈曲特性，J.ReinosoUl等研宄了帽形加筋曲板在面外载荷作用下的试验方法和屈曲过程，YumingMom等研究了帽形加筋壁板中几何材料对结构屈曲的影响。0前，复合材料加筋壁板屈曲与后屈曲的分析主要采用有限元分析方法，分析技术有累积损伤方法(Progressivefailuremethods[6-7])，连续损伤方法(Continuumdamagemodels[8-10])、虚拟裂纹朗合技术(Virtualcrackclosuretechnique[ll~13])、粘接元法(Cohesiveelements[14~19])、扩展有限

4、元法(X~FEM[20])等五种，这些方法均能计算复合材料加筋壁板的屈曲载荷、屈曲变形及破坏载荷、破坏模式等。但对模型网格要求较高，且部分方法(如粘接元法)还需要特别密的网格，从而使得模型的计算量特别大，运算时间很长，另外倘若采用隐式算法，还需要克服计算的收敛性问题，通常模型在出现损伤后会因为结果不收敛而终止。如此代价高昂的有限元计算方法在结构设计应用中受到限制，设计人员迫切需要简便的、快捷的工程计算方法。复合材料加筋壁板工程计算方法是根据试验数据总结归纳出的简便计算公式、曲线和经验修正系数，可对加筋层压板的稳定性和承载能力做出快速的评估mi。复合材料帽形加筋的凸缘对蒙皮的支持是弹性支持，

5、介于简支和闹支，在屈曲计算中如何选取边界条件、蒙皮的样条宽度需进一步研究。木文用几种复合材料加筋壁板屈曲载荷算法的计算结果与试验结果进行对比，得到与试验结果更为接近、可作为结构设计参考的计算复合材料帽形加筋壁板屈曲载荷方法;针对飞机结构中复合材料帽形加筋壁板的特点，根据复合材料帽形加筋壁板的结构特征及试验中的破坏模式，提出一种简洁的承载能力算法，计算结果与试验结果吻合较好，避免了有限元后屈曲分析中几何非线性带来的计算难题，能满足工程要求的精度，可用于飞机结构设计。1屈曲计算方法复合材料加筋壁板结构是由蒙皮和长桁组成，稳定性计算首先将加筋壁板分割成一系列的板元(包括蒙皮和长桁)，然后单独对各

6、板元进行稳定性计算。计算模型做如下假设:蒙皮和长桁的位移连续、长桁对蒙皮的支持为简支或固支，复合材料层压板近似为正交各向异性板(忽略拉-剪-扭的耦合效应)。在面N均匀分布的载荷作用下，正交各向异性矩形平板的屈曲控制方程为：式中:Du、D12、D22、D66为复合材料层压板的弯曲刚度系数;Nx、Ny、Nxv为作用在复合材料层压板周边单位长度上的载荷为复合材料层压板的法向位移;X、y为复合材料层压板而内坐标系的两个坐标轴。复合材料层压板的刚度系数可按下式计算:式中:N为层压板的总层数，zk、Zh为第k层和第k-1层的z坐标，为第k层铺层的偏轴模量，铺层方向坐标和偏轴模量的计算见文献《复合材料结

7、构稳定性分析指南》［21］。四边简支矩形复合材料层压板的轴压屈曲载荷为式中:Nm为单位长度上轴压屈曲载荷，a为层压板轴向长度，b为层压板横向宽度，m为沿板轴向的屈曲半波数。计算时，可取m为大于或等于1的整数，计算相应的一组Nx,其中最小的Nx即为板的屈曲载荷I、。当板的长宽比a/b>4时，板的屈曲载荷可按下式计算：对于四边简支矩形层压板的也可按下式计算轴压屈曲载荷。式中，K为屈曲系数，通过査文献［15］的图11-3中曲线