复合材料层压板铺层设计的方法及试验验证结果.docx

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复合材料层压板铺层设计的方法及试验验证结果

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复合材料层压板铺层设计的方法及试验验证结果

引言

结构设计是指根据结构设计的原始条件,按照结构设计的基本要求,提出合理的设计方案以及进行具体的细节考虑,绘制出结构图纸,在需要时还须写出相应的技术文件,以使生产单位能根据这些数模/图纸和技术文件进行生产。

结构所受到的载荷、设计方法是结构布局与结构元件尺寸设计的基本依据,飞机结构必须保证足够的强度、刚度、疲劳寿命和损伤容限设计要求。

在进行民用飞机复合材料层压板结构铺层设计时,主要按复合材料地板稳定性分析方法开

展。

飞机结构中没有绝对的纯剪板,也没有单向的承拉/压板,对于复合受载的结构,设计师在对结构功能和传载路经进行分析后,根据工程经验忽略小载荷,结合成熟经典的设计理论和方法,布置结构并设计出具体的截面形式。

下面将阐述复合材料层压板铺层设计的方法及试验验证结果:

1层压板屈曲分析

（2）双向受压

在Nx、Ny作用下,Ny/Nx比值保持不变时,可用

下式计算屈曲载荷,受载情况如图2所示。

式中:

Ny为沿y方向单位长度上的压力。

对于已知的比值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况下,剪切屈曲载荷计算公式均为:

（4）压剪复合

图5为单压+剪切复合受载情况,压剪复合屈

曲载荷一般按下式计算:

Rx+R²xy=1（5）

式中,Rx=Nx/N0xcr,Rxy=Nxy/N0xycr,N0xcr、N0xycr分别为单轴压和纯剪切情况的屈曲载荷。

当作用载荷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,则屈曲安全裕度为:

MS=ON/OM-1（6）

也可用通过公式获得安全裕度,计算如下:

2试验验证

上述的计算分析设计方法将通过梁腹板参数选型试验加以验证。

运用该方法设计试验件,通过分析试验结果获得结构参数和铺层设计经验。

试验件如图8所示,图9为试验件加载示意图,试验件夹持如图10所示。

按照前述屈曲分析方法,对四边简支梁腹板的稳定性进行工程分析,研究铺层顺序的影响,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,此时均比0°和90°置于最外层效果好;0°和90°层相比,90°层置于外层效果更好,0°层更适合于置于中面附近。

3结论

通过改变蒙皮铺层顺序和铺层比例的方法,研究铺层对加筋板初始屈曲能力的影响。

经典理论计算分析与试验结果都能得到以下结论:

（1）蒙皮铺层顺序不同,加筋板的屈曲模态形状会受到影响。

（2）为提高屈曲载荷,应将±45°层放于蒙皮最外层。

（3）0°和90°层相比,0°层置于外层效果更好,90°层更适合于置于中面附近,但实际上载荷提高并不是很大。

（4）提高±45°铺层比例,初始屈曲载荷会有很大的提高。

（5）0°和90°层相比,提高90°比例有利于提高初始屈曲载荷。

（6）需控制蒙皮与长桁（腹板和支柱）等效刚度、柏松比的差异,避免出现层间破坏失效模式。

（7）板的几何尺寸、边界条件和载荷类型等因素对铺层顺序和稳定性之间的关系有影响。

总之,对于层压板的稳定性而言,不存在确定最佳铺层顺序的通用法则,只能针对特定的结构和

载荷情况建立铺层顺序与稳定性之间的关系。