【摘 要】
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在新一代高推重比涡扇发动机设计中,复合材料轴结构的失效模式分析研究是低压涡轮轴结构完整性的重要组成部分。本文针对复合材料轴结构失效模式问题,开展了复合材料轴结构力学性能分析、横向拉伸载荷下应力集中系数的计算分析与含界面的复合材料失效计算三个方面的工作:基于复合材料宏观力学理论,构建复合材料轴结构宏观力学分析模型,计算不同载荷与铺层方案下的轴结构宏观力学性能。分析表明不同温度载荷下,铺层角度为45°
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在新一代高推重比涡扇发动机设计中,复合材料轴结构的失效模式分析研究是低压涡轮轴结构完整性的重要组成部分。本文针对复合材料轴结构失效模式问题,开展了复合材料轴结构力学性能分析、横向拉伸载荷下应力集中系数的计算分析与含界面的复合材料失效计算三个方面的工作:基于复合材料宏观力学理论,构建复合材料轴结构宏观力学分析模型,计算不同载荷与铺层方案下的轴结构宏观力学性能。分析表明不同温度载荷下,铺层角度为45°,铺层数为5层的复合材料轴结构的承受扭转载荷能力较好;铺层角度为90°,铺层数为5层的复合材料轴结构的承受拉伸载荷能力较好。针对纤维均匀排布的单向纤维增强复合材料在横向拉伸荷载下基体产生应力集中的问题,提出了横向拉伸荷载下基体应力集中系数的表征方法,实现了单、双轴横向拉伸荷载下基体应力集中系数的计算,并通过Si C/TC4复合材料拉伸试验验证了计算模型的有效性。利用所建模型分析了纤维体积分数、材料组分与温度对基体横向拉伸应力集中系数的影响规律。基于复合材料细观力学理论,建立含有界面层的代表体积元模型,计算分析了界面的损伤过程,分析纤维、基体与界面的失效模式,并得到了封闭的复合材料细观力学失效包线。结合复合材料轴结构宏观力学分析,确定复合材料轴结构的失效强度。本文完成了复合材料轴结构失效分析工作,对纤维增强金属基航空发动机低压涡轮轴结构完整性研究具有重要的参考价值,为复合材料低压涡轮轴在航空发动机中的应用提供依据。
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