复合材料层压板铺层设计的方式及实验验证结果引言构造设计是指依照构造设计的原始条件,依照构造设计的全然要求,提出合理的设计方案和进展具体的细节考虑,绘制出构造图纸,在需要时还须写出相应的技术文件,以使生产单位能依照这些数模/图纸和技术文件进展生产。构造所受到的载荷、设计方式是构造布局与构造元件尺寸设计的全然依据,飞机构造必需保证足够的强度、刚度、疲劳寿命和损伤容限设计要求。在进展民用飞机复合材料层压板构造铺层设计时,要紧按复合材料地板稳固性分析方式开展。飞机构造中没有绝对的纯剪板,也没有单向的承拉/压板,关于复合受载的构造,设计师在对构造功能和传载路经进展分析后,依照工程经历忽略小载荷,结合成熟经典的设计理论和方式,布置构造并设计出具体的截面形式。下面将论述复合材料层压板铺层设计的方式及实验验证结果:1层压板屈曲分析用经常使用的工程算法为构造元件设计提供支持。1.1铺层设计参数目前,机体构造复合材料层压板的经常使用设计方式是采纳对称均衡铺层,要紧采纳0°、±45°、±90°的标准铺层角。这四个铺层角一样能够知足载荷设计要求,同时也能简化分析和制造。全然铺层设计准那么有:(1)要有足够多的铺层,其纤维轴线与内力拉压方向一致,以最大限度利用纤维的高强度、高刚度特性。(2)应避免一样取向的铺层叠置。如难以知足此要求,那么不能将4层以上取向一样的铺层叠置,以减小边缘分层现象发生。(3)关于较厚的(一样6~16层)层压板,相邻的铺层角度转变一样不要超过6°毅,也确实是说不要用0°和90°,或45°和-45°的相邻铺层,以避免固化应力产生的微观裂纹和有利于层间剪切应力的传递。(4)0°、±45°、±90°四种铺层中每一种至少要占10%,以避免任何方向的基体直经受载。(5)避免采纳90°的层组(载荷为0°方向时),而用0°或±45毅°的层将它隔开,以减小层间的剪切与法向应力。1.2四边简支正交各向异性矩形层压平板复合受载屈曲分析(1)单向受压大多数情形下机体壁板分析时要紧考虑某一方向的主载荷,当另一垂直方向的线载荷小于主载荷的1/5(参考)时能够忽略其阻碍仅考虑单向受载。这种简化能够简化强度分析工作量且不阻碍构造平安性。四边简支板单向受压图如图1所示,其屈曲载荷的计算公式为:式中:Nx为沿x方向单位长度上的压力;Dij为层压板弯曲刚度系数;m为沿板的方向屈曲半波数;a为板的长度;b为板的宽度。计算时,可取m=1,2,3…,计算相应的一组Nx,其中最小的Nx即为板的屈曲载荷Nxcr。(2)双向受压在Nx、Ny作用下,Ny/Nx比值维持不变时,可用下式计算屈曲载荷,受载情形如图2所示。式中:Ny为沿y方向单位长度上的压力。关于的比值Ny/Nx,取m=1,2,3…,及n=1,2,3,…,由上式可计算一系列的Nx,其中最小的Nx即为屈曲载荷Nxcr。(3)纯剪正交各向异性矩形层压平板的剪切屈曲分析,图3中四边简支和四边固支情形下,剪切屈曲载荷计算公式均为:(4)压剪复合图5为单压+剪切复合受载情形,压剪复合屈曲载荷一样按下式计算:Rx+R²xy=1(5)式中,Rx=Nx/N0xcr,Rxy=Nxy/N0xycr,N0xcr、N0xycr别离为单轴压和纯剪切情形的屈曲载荷。看成用载荷Nx、Nxy给定后,现求出Rx、Rxy,可得图6中M点,连接OM,得与相关曲线的交点N,那么屈曲平安裕度为:MS=ON/OM-1(6)也可用通过公式取得平安裕度,计算如下:2实验验证上述的计算分析设计方式将通过梁腹板参数选型实验加以验证。运用该方式设计实验件,通过度析实验结果取得构造参数和铺层设计经历。实验件如图8所示,图9为实验件加载示用意,实验件夹持如图10所示。依照前述屈曲分析方式,对四边简支梁腹板的稳固性进展工程分析,研究铺层顺序的阻碍,可得以下结论:为提高屈曲载荷,应将依45毅层放于蒙皮最外层,现在均比0°和90°置于最外层成效好;0°和90°层相较,90°层置于外层成效更好,0°层更适合于置于中面周围。3结论通过改变蒙皮铺层顺序和铺层比例的方式,研究铺层对加筋板初始屈曲能力的阻碍。经典理论计算分析与实验结果都能取得以下结论:(1)蒙皮铺层顺序不同,加筋板的屈曲模态形状会受到阻碍。(2)为提高屈曲载荷,应将±45°层放于蒙皮最外层。(3)0°和90°层相较,0°层置于外层成效更好,90°层更适合于置于中面周围,但事实上载荷提高并非是专门大...
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