论文部分内容阅读
先进复合材料以其高的比强度、比模量及可设计性等优点，越来越多的应用到现代大型飞机结构设计中。研究复合材料结构设计、结构强度校核及损伤结构维修等即成为飞机结构设计和日常维护中的重要工作。本文主要针对复合材料工字梁结构设计、强度校核及复合材料层合板阶梯形挖补维修等问题，做了以下研究工作：(1)了解国内外复合材料结构设计及挖补维修的研究动态。研究了复合材料结构力学、经典层合板理论、层合板强度理论及有限元方法等。(2)复合材料工字梁铺层设计。根据工字梁受力特点研究了其缘条和腹板受外载荷情况下的内力分布。根据复合材料铺层设计原则，确定缘条和腹板的复合材料铺层顺序；采用经典层合板理论和最大应力失效准则，使用MATLAB软件进行迭代计算，计算出缘条和腹板的复合材料铺层角度和铺层数量。(3)研究了相同铺层角度和数量的条件下，三种不同铺层工艺对工字梁极限载荷的影响，并得出最优的铺层工艺。使用有限元方法分别算出三种工字梁极限载荷及其与经典层合板理论设计载荷的相对误差。研究表明工字梁缘条和腹板采用内C字形铺层工艺力学性能最好，该铺层工艺极限载荷相对经典层合板理论设计载荷的误差为8.93%。(4)工字梁静力加载实验。用内C字形铺层工艺制作出工字梁。对工字梁进行静载荷加载实验，分别检测上下缘条两个典型位置沿工字梁纵向的应变值，同时用有限元软件仿真计算。计算实验值和仿真值的相对误差：上缘条为31.76%，下缘条为12.66%。上缘条受压，会出现局部翘曲，这可能是造成上缘条应变相对误差较大的原因；下缘条主要受拉，误差较小，因此更接近实验值。(5)建立损伤层合板5种不同阶梯形挖补维修有限元模型，然后对其进行了应力计算及强度恢复分析。分析表明：损伤层合板阶梯式穿透挖补维修的强度恢复系数最小，这是因为穿透挖补维修对原始结构破坏大；非穿透阶梯式挖补额外贴补两层补片维修后的强度恢复系数最高，甚至超过了原始未损伤模型的极限强度；同时考虑补片边界胶层对挖补模型有一定的影响，会使维修模型的极限强度增加。(6)研究了复合材料制件湿法成型工艺，并完成了工字梁制作。完成复合材料小型无人机机体的复合材料铺层设计和制造，经过零部件装配及调试，试飞成功。