發(fā)布時間：2020-06-22 08:24

【摘要】：新性能材料復合材料具有比剛度大、比強度高、材料性能可設計、一體成型、易剪裁、熱穩(wěn)定性好、耐腐蝕、抗疲勞和抗震性能好等優(yōu)良的力學性能�；谏鲜鰞�(yōu)良特性,復合材料在航空航天、水路陸路等交通運輸領域獲得認可與青睞。并且歷經(jīng)較長時間的技術研發(fā),高損傷容限復合材料結構的設計、制造和應用等關鍵技術取得突破性進展,再加上航空用復合材料成本大幅降低,因此復合材料及其相關技術在航空航天領域取得廣泛應用,不僅實現(xiàn)了復合材料比重的增加,而且復合材料也從受力較小的構件向機身和機翼等主承力結構應用。飛機在飛行和著陸過程中,機身要承受剪力、彎矩和扭矩,所以機身結構必須具有足夠的強度和剛度。機翼在飛行中各截面要承受剪力、彎矩和扭矩。機翼和尾翼結構在外部載荷作用下要產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。因此要保證機身和機翼等主承力結構在彎曲和扭轉(zhuǎn)等載荷作用下不發(fā)生失穩(wěn)和破壞。由于復合材料盒段結構整體化程度高、承載能力強、具有良好的抗彎曲和抗扭轉(zhuǎn)性能,對飛機上的大型復合材料結構承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷下的力學性能的研究有利于提高承載能力、增強飛行穩(wěn)定性、減輕結構重量,對在飛機結構中推廣復合材料至關重要。但從國內(nèi)外對大型復雜復合材料在彎曲和扭轉(zhuǎn)等載荷下的力學性能評估可以看出,對承受彎矩作用的承載性能研究占大多數(shù),且對扭轉(zhuǎn)力學性能的研究很多是針對線彈性階段,對盒段結構在扭轉(zhuǎn)后屈曲階段的研究較少,對飛機上主承力結構進行扭轉(zhuǎn)載荷下的承載力學性能分析是非常必要的。飛機上的大型復合材料結構的結構復雜,制造成型過程中易產(chǎn)生缺陷,失效機理非常復雜。采用有限元方法建立逐層定義復合材料層合板各鋪層角度并考慮破壞的精細有限元模型,能夠較準確得到大型復合材料結構的力學性能,但其有限元模型規(guī)模龐大、建模過程繁瑣,可能出現(xiàn)的失效模式非常豐富,采用前述方法同時考慮所有的失效模式,將導致分析消耗大量計算成本,計算還可能因不收斂而中斷。因此本文提出了一種改進的局部二次分析方法來對大型復合材料結構受載的力學性能進行分析。本文主要通過數(shù)值仿真與試驗相結合的方式對某飛機復合材料垂尾盒段結構進行給定扭轉(zhuǎn)載荷形式下的靜強度分析,獲得相應的扭轉(zhuǎn)力學性能。對尾翼盒段結構進行扭轉(zhuǎn)試驗,獲得盒段各部件的位移和應變等變形信息。通過Matlab語言實現(xiàn)基于子層剛度法的層合板等效彈性參數(shù)獲取,對整體等效簡化結構進行分析確定局部分析模型的選取和劃分。將局部精細分析得到的變形、應變與試驗結果對比,驗證該方法的有效性。并分析了結構在扭轉(zhuǎn)極限承載時各類局部模型的破壞特點,評估出結構失效的主控因素。建立標準化模型評估了盒段結構在扭轉(zhuǎn)載荷下的極限載荷、破壞模式和失效部位,驗證結構中的薄弱環(huán)節(jié),便于深入開展失效機理分析,為之后的結構設計和改進提供了一定的參考作用。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V250.2

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本文編號：2725461