復(fù)合材料層合板及機(jī)翼格柵結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化設(shè)計(jì)

提出了對(duì)大展弦比機(jī)翼進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)的方法,以一長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)機(jī)翼為例,基于原機(jī)翼建立合理的三維模型,以機(jī)翼彎曲變形為約束,最小機(jī)翼質(zhì)量為設(shè)計(jì)目標(biāo),建立強(qiáng)長(zhǎng)桁-弱蒙皮結(jié)構(gòu),對(duì)機(jī)翼結(jié)構(gòu)中殼板單元鋪層厚度和梁?jiǎn)卧孛娉叽绶謩e進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明:經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)后機(jī)翼減重18.52%,為無(wú)人機(jī)輕量化,提高長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)航時(shí)提供有益參考。

先進(jìn)復(fù)合材料格柵加筋結(jié)構(gòu)有較高的結(jié)構(gòu)效率和較好的設(shè)計(jì)性能,在航空航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本文采用等效平鋪剛度模型對(duì)格柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了力學(xué)分析,指出其屈曲載荷的求解方法,并用區(qū)間方法對(duì)工程中的非概率不確定因素進(jìn)行定量,用遺傳算法對(duì)格柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了可行穩(wěn)健性優(yōu)化設(shè)計(jì)。將穩(wěn)健性優(yōu)化的結(jié)果與傳統(tǒng)優(yōu)化的結(jié)果進(jìn)行了比較,結(jié)果表明,穩(wěn)健性優(yōu)化得到的結(jié)構(gòu)質(zhì)量要高于傳統(tǒng)方法,但結(jié)構(gòu)的可靠性和穩(wěn)健性顯著提高。

采用有限元方法對(duì)低速?zèng)_擊后蒙皮內(nèi)含有不同分層形式的復(fù)合材料格柵加筋(ags)板的分層擴(kuò)展行為進(jìn)行了數(shù)值模擬。采用虛裂紋閉合技術(shù)計(jì)算分層前緣的總能量釋放率,并以總能量釋放率準(zhǔn)則作為分層擴(kuò)展判據(jù),結(jié)合自適應(yīng)網(wǎng)格移動(dòng)技術(shù),分別研究了在壓縮載荷作用下,蒙皮內(nèi)具有圓形和橢圓形分層的復(fù)合材料格柵加筋板的分層擴(kuò)展過(guò)程。數(shù)值研究結(jié)果表明:分層深度的變化導(dǎo)致了ags的分層擴(kuò)展特性十分復(fù)雜,它與分層深度、初始分層尺寸、蒙皮和肋骨的剛度比、后屈曲變形模式等因素都密切相關(guān)。本文結(jié)論對(duì)ags的承載能力預(yù)測(cè)及優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

**資訊http://www.***.*** **資訊http://www.***.*** **資訊http://www.***.*** **資訊http://www.***.*** **資訊http://www.***.***

通過(guò)斷裂力學(xué)的方法,應(yīng)用大型有限元軟件,分析典型加筋機(jī)翼整體壁板幾何參數(shù)對(duì)止裂特性的影響。對(duì)各種參數(shù)下多筋條鋁合金整體加筋壁板,裂紋從斷裂筋條下向兩側(cè)均勻擴(kuò)展的開(kāi)裂模式,進(jìn)行剩余強(qiáng)度的計(jì)算。采用遺傳算法對(duì)典型加筋整體壁板參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),該計(jì)算與設(shè)計(jì)是根據(jù)中心加強(qiáng)件斷裂的蒙皮雙跨裂紋最大損傷范圍的建議進(jìn)行的。其能找出滿足裂紋處在雙跨筋條間距以內(nèi)被有效止裂的條件下,使結(jié)構(gòu)重量最輕的參數(shù),為保證剩余強(qiáng)度下進(jìn)行結(jié)構(gòu)減重設(shè)計(jì)提供參考。

復(fù)合材料層合板下陷是飛機(jī)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛的典型結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。以下陷長(zhǎng)深比、相同方向下陷區(qū)間距、兩個(gè)不同方向下陷區(qū)間距為下陷區(qū)設(shè)計(jì)變量,建立參數(shù)化有限元模型；通過(guò)下陷應(yīng)力應(yīng)變分布、初始失效和最終承載能力分析,確定各設(shè)計(jì)變量對(duì)下陷區(qū)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響,并進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。分析結(jié)果表明:下陷區(qū)結(jié)構(gòu)最先發(fā)生損傷的部位為下陷區(qū)轉(zhuǎn)折處；合理的下陷參數(shù)設(shè)計(jì)變量取值為長(zhǎng)深比b/a≥20、主受力方向上兩個(gè)下陷區(qū)間距a/h≥12、不同方向上兩個(gè)下陷區(qū)間距c/a_(min)≥1.5。

復(fù)合材料低成本制造技術(shù)是先進(jìn)復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)能否廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。目前,以混合工藝法、模具膨脹工藝和拉擠-互鎖及其增強(qiáng)改進(jìn)工藝為代表的工藝方法已經(jīng)取得較大的成功和應(yīng)用,我們應(yīng)該繼續(xù)研究可靠性高、可重復(fù)性強(qiáng)和自動(dòng)化的成型工藝方法,引進(jìn)和發(fā)展大型ags結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。

在新型、高效的拉擠互鎖復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)的制造工藝中通過(guò)格柵肋開(kāi)槽克服材料堆積,而開(kāi)槽處的應(yīng)力集中會(huì)影響結(jié)構(gòu)的破壞和疲勞,是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮的一個(gè)重要因素。建立了加帽的格柵肋應(yīng)力分析模型,應(yīng)用復(fù)變函數(shù)孔口問(wèn)題解的結(jié)果,得到了格柵肋開(kāi)槽附近的應(yīng)力解。分析了格柵肋開(kāi)槽處的應(yīng)力集中,討論了開(kāi)槽尺寸,材料常數(shù)等因素對(duì)應(yīng)力集中的影響。

復(fù)合材料第十五章-復(fù)合材料的界面及界面優(yōu)化設(shè)計(jì)

點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)能夠很好地發(fā)揮纖維增強(qiáng)復(fù)合材料單向力學(xué)強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。本文研究了復(fù)合材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化及尺寸優(yōu)化方法,以空間機(jī)械臂為背景,利用有限元分析軟件對(duì)空間機(jī)械臂桿進(jìn)行優(yōu)化。首先,利用拓?fù)鋬?yōu)化進(jìn)行概念設(shè)計(jì),優(yōu)化出結(jié)構(gòu)中的基本桿件;其次,利用尺寸優(yōu)化確定各桿件的具體尺寸。最后優(yōu)化出的十六邊形點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),與傳統(tǒng)的層合管進(jìn)行相比,結(jié)構(gòu)減重效果明顯,對(duì)復(fù)合材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究具有一定的參考價(jià)值。

采用壁板顫振分析的有限元方法,從壁板的正則化彎曲剛度、屈曲臨界溫升、顫振臨界速壓和極限環(huán)顫振幅值等參數(shù)的角度,分析了不同鋪層方向和不同鋪層順序?qū)雍蠌?fù)合材料壁板的顫振特性的影響,并給出了幾種常見(jiàn)鋪層方式層合復(fù)合材料壁板的顫振特性。結(jié)果表明,在設(shè)計(jì)復(fù)合材料壁板的鋪層方向和鋪層順序時(shí),一般可以通過(guò)壁板正則化彎曲剛度的大小來(lái)對(duì)顫振速壓進(jìn)行比較。但是在某些特殊的鋪層情況下,隨著溫度升高,發(fā)生頻率重合型顫振的耦合模態(tài)會(huì)發(fā)生演變,這時(shí)正則化彎曲剛度較大的壁板也有可能在較低的速壓下發(fā)生顫振。

采用商業(yè)有限元軟件msc.nastran,運(yùn)用簡(jiǎn)單的shell單元對(duì)復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)蒙皮和加強(qiáng)筋進(jìn)行模擬,預(yù)測(cè)復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)名義縱向拉伸強(qiáng)度/模量,彎曲強(qiáng)度/模量。計(jì)算結(jié)果表明,隨著復(fù)合材料格柵中肋高度的增加,名義彎曲強(qiáng)度/模量和拉伸強(qiáng)度/模量均有下降趨勢(shì)。

在拉擠-互鎖平板型復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)的制作演示基礎(chǔ)上,提出了幾種增強(qiáng)改進(jìn)的方法,并實(shí)現(xiàn)了一種平板型復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)的制造。借助有限元模型,考慮到結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和制作工藝,對(duì)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化幾何參數(shù)進(jìn)行了研究,建立了加帽增強(qiáng)平板型格柵結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)的初步設(shè)計(jì)方法。

介紹了采用開(kāi)模膨脹橡膠法制造帶加強(qiáng)筋的復(fù)合材料機(jī)翼整體油箱油箱蓋板的一次共固化的工藝方法。針對(duì)初期制造的油箱蓋板存在的比較嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題,包括翹曲、筋條尺寸超差、大面積分層及空隙密集等,提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)修改、工藝改進(jìn)和質(zhì)量控制措施,最終制造出合格的制件,通過(guò)了功能試驗(yàn)和飛行考核。

板錐網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是一種受力性能合理、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益良好的新型空間結(jié)構(gòu)形式。本文結(jié)合復(fù)合材料力學(xué)理論和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)(板殼理論),采用組合結(jié)構(gòu)有限元對(duì)復(fù)合材料層合板自身的強(qiáng)度和主要影響因素進(jìn)行全面和深入的研究,研究復(fù)合材料板錐網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力性能,為復(fù)合材料板錐網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和層合板鋪層設(shè)計(jì)提供理論上的依據(jù),得出了可應(yīng)用于工程實(shí)踐的重要結(jié)論。

復(fù)合材料風(fēng)力機(jī)葉片鋪層厚度對(duì)葉片性能影響作用明顯,不同角度纖維布所占鋪層厚度不同對(duì)葉片結(jié)構(gòu)性能影響不同。采用遺傳算法作為優(yōu)化算法,以某1.5mw成熟風(fēng)機(jī)葉片作為研究模型,探究單向纖維布鋪層厚度對(duì)風(fēng)機(jī)葉片性能影響的特性規(guī)律。根據(jù)風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)特點(diǎn),確定合適建模方法,尋求適于非對(duì)稱層合板的目標(biāo)函數(shù)、遺傳算子(選擇、交叉、變異)等,并在此基礎(chǔ)上得到采用不同纖維布鋪設(shè)的風(fēng)機(jī)葉片鋪層厚度最優(yōu)解。

**資訊http://www.***.*** **資訊http://www.***.*** **資訊http://www.***.*** **資訊http://www.***.*** **資訊http://www.***.***

民用飛機(jī)翼身整流罩復(fù)合材料面板力學(xué)性能研究

論文開(kāi)展了受拉伸復(fù)合材料層合板圓形開(kāi)口四種補(bǔ)強(qiáng)型式的研究.首先,基于hoffman準(zhǔn)則,分析補(bǔ)強(qiáng)型式對(duì)首層失效強(qiáng)度的影響,再通過(guò)比較開(kāi)口周?chē)畲髴?yīng)力和應(yīng)變的降低程度,分析圓缺、環(huán)形、橢圓缺和矩形缺四種補(bǔ)強(qiáng)型式的補(bǔ)強(qiáng)效率.通過(guò)有限元參數(shù)化建模,分析了幾何尺寸對(duì)補(bǔ)強(qiáng)效率的影響,給出了不同補(bǔ)強(qiáng)型式適合的補(bǔ)強(qiáng)范圍.研究表明通過(guò)合理地設(shè)計(jì)補(bǔ)強(qiáng)型式可以有效地降低應(yīng)力集中,提高拉伸破壞強(qiáng)度.分析結(jié)果可以為復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)在相似形狀和載荷條件下的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)提供參考.

復(fù)合材料在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷作用下的損傷形式是十分復(fù)雜的,精確的模型能更深刻地揭示復(fù)合材料的損傷機(jī)理。以hahn和tsai提出的單向損傷模型為基礎(chǔ)建立了剛度遞降關(guān)系,運(yùn)用上述剛度遞降關(guān)系給出了一個(gè)疲勞壽命算例,計(jì)算數(shù)據(jù)與試驗(yàn)結(jié)果較為吻合,相對(duì)誤差分別為7.72%和8.79%。結(jié)果表明:材料在循環(huán)加載作用下的損傷過(guò)程大體上可以分為兩個(gè)階段;通過(guò)保留泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)二次項(xiàng),能準(zhǔn)確模擬出材料的"突然死亡"行為。

將最優(yōu)化方法應(yīng)用到復(fù)合材料格柵板的載荷重構(gòu)中,基于文獻(xiàn)[11]所建立的前向響應(yīng)模型,通過(guò)構(gòu)造誤差性能指標(biāo)j表征前向響應(yīng)模型與實(shí)測(cè)響應(yīng)的差,將載荷的反演轉(zhuǎn)換為所定義誤差性能指標(biāo)極值條件的獲取,應(yīng)用平滑算法對(duì)指標(biāo)j的極值進(jìn)行了求解;并借助分布式響應(yīng)的功率梯度云和指標(biāo)j極值點(diǎn)的搜索給出了一套由粗到精的載荷定位方法,實(shí)現(xiàn)了ags板的載荷時(shí)程和載荷位置的同時(shí)重構(gòu)。算例與實(shí)驗(yàn)研究表明,本文方法具有較高的反演精度和魯棒性,從而為ags的工程應(yīng)用提供了必要的技術(shù)儲(chǔ)備。

先進(jìn)復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)(ags)在航空、航天結(jié)構(gòu)工程中有著廣泛的應(yīng)用前景。本文作者針對(duì)低速?zèng)_擊載荷作用下先進(jìn)復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)的載荷重構(gòu)進(jìn)行了研究。本文中研究了平板型復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)在橫向低速?zèng)_擊載荷作用下的前向響應(yīng)近似模型?？紤]ags板蒙皮/肋的彎剪耦合效應(yīng)和截面偏心距e,對(duì)平板型復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)的等效剛度模型進(jìn)行了改進(jìn)。基于改進(jìn)的等效剛度模型和非對(duì)稱mindlin板理論,建立了平板型格柵結(jié)構(gòu)的前向響應(yīng)近似模型及其狀態(tài)空間表達(dá)式,應(yīng)用傅立葉展開(kāi)求解了低速橫向沖擊載荷作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng),并通過(guò)數(shù)值試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的實(shí)用性與可靠性。該部分研究將為平板型復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)的載荷重構(gòu)ⅱ:逆向重構(gòu)的研究提供前提條件和理論基礎(chǔ)。