大型復雜復合材料結構的承載能力研究.pdf

1、纖維增強樹脂基復合材料具有比強度高、比剛度大、材料各向異性、可設計性強等優(yōu)點，被廣泛應用于航空航天領域中。在部件級復合材料構件的承載能力評估中，因為結構的尺度大、連接成型的復雜性，導致其失效模式具有多樣性，某些局部失效行為會誘發(fā)整體結構的早期失效，即造成結構失效的主控因素的具有不確定性，承載能力的數(shù)值預測的結果與實驗結果的誤差很難控制在15％以內(nèi)。同時在大型復合材料的部件設計流程中逐漸減少結構分析對試驗的依賴已是一種行業(yè)趨勢，因此需要進

2、一步改善大型復雜復合材料構件承載能力的數(shù)值預測方法。
　　本文根據(jù)大量實驗得到的復合材料結構的破壞行為，著眼于有限元數(shù)值分析，采取整體等效簡化與局部精細分析的相結合的思想，提出基于“模型群”的層次化分析策略，進而提出一種高精度大型復雜復合材料結構承載能力預測的數(shù)值計算方法?！澳Ｐ腿骸狈治鍪紫韧ㄟ^整體等效模型的初步計算獲取載荷傳遞和分配規(guī)律、基本強度和剛度信息，提供子模型的應力和位移邊界。然后分別建立層合板失效模型、界面失效相關模型

3、等精細子模型，分別對各子模型的邊界施加由整體分析得到的相應的力或位移，通過比較各子模型的破壞單元數(shù)量、破壞速率以及破壞時間評估得到各個局部的主要失效模式及可能誘發(fā)整體失效的主控因素，最終建立一個只重點考慮失效主控因素而忽略次要因素的標準化模型。
　　利用復合材料層合板試驗、復合材料薄壁加筋板試驗的結果分別修正次級精細分析模型，從而控制各子模型的有效性和計算精度。采取“模型群”分析策略，對飛機尾翼盒段結構進行了整體—局部分析，研究了

4、結構在彎曲載荷下各關鍵局部細節(jié)的破壞特點，探討了結構失效的主控因素，并分析了結構的彎曲承載能力。在“模型群”分析的基礎上，利用正交實驗法研究了尾翼盒段關鍵承載區(qū)域?qū)Σ煌謱尤毕莸拿舾行?。研究表明，在分層缺陷的預埋深度、大小和面內(nèi)位置等因素中，尾翼盒段梁腹板結構對缺陷的深度較為敏感，損傷影響因子隨缺陷半徑增大而增大，在靠近梁腹板對稱軸的區(qū)域內(nèi)，分層擴展對缺陷位置更為敏感。
　　本項研究得到國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973)(No.2