【摘 要】
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复合材料Ω型加筋壁板因其切面尺寸较大,具有很高的受压稳定性,在航空器中有着广泛的应用。由于航空器的设计需求,通常会在其上开不同角度的槽口,同时在航空器装配、使用、维修期间该结构会遭受工具掉落、冰雹、沙石等造成的低速冲击损伤,对结构的安全性及可靠性有较大影响。因此,研究不同角度槽口及低速冲击损伤对复合材料Ω型加筋壁板结构承载能力及渐进损伤模式的影响具有重要意义。建立含槽口复合材料Ω型加筋壁板轴向压缩
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复合材料Ω型加筋壁板因其切面尺寸较大,具有很高的受压稳定性,在航空器中有着广泛的应用。由于航空器的设计需求,通常会在其上开不同角度的槽口,同时在航空器装配、使用、维修期间该结构会遭受工具掉落、冰雹、沙石等造成的低速冲击损伤,对结构的安全性及可靠性有较大影响。因此,研究不同角度槽口及低速冲击损伤对复合材料Ω型加筋壁板结构承载能力及渐进损伤模式的影响具有重要意义。建立含槽口复合材料Ω型加筋壁板轴向压缩渐进损伤模型,通过编写VUMAT子程序将三维Hashin失效准则及刚度退化模式加入到渐进损伤模型分析中,研究0°、45°、90°槽口对于模型承载能力及渐进损伤模式的影响。结果表明:具有90°槽口的加筋壁板模型在轴向压缩下的承载能力最强,45°槽口模型承载能力次之,0°槽口模型承载能力最弱,所能承受的极限载荷分别为100.43k N、95.6k N及90.15k N。其中0°槽口模型纤维压缩失效出现在模型的下侧,45°和90°槽口模型均出现在槽口两侧,且三种模型失效均沿与载荷垂直方向扩展。建立复合材料Ω型加筋壁板低速冲击渐进损伤模型及冲击后压缩渐进损伤模型,研究在15J及25J冲击能量下所选四个冲击位置对于模型承载能力、剩余强度及渐进损伤模式的影响。结果表明:低速冲击行为会对模型的承载能力及剩余强度造成较大影响,其中所选模型中在低速冲击作用后承载能力最大降低了29%。且相较于蒙皮部分,加强筋部分对于低速冲击更为敏感。在低速冲击模型中,低速冲击载荷主要对结构造成纤维压缩损伤及基体拉伸损伤。且基体拉伸损伤主要由冲击位置起始沿所在层板纤维铺层方向扩展,最终损伤区域形貌近似于椭圆形。在冲后压模型中,模型以低速冲击过程中造成的纤维压缩损伤位置为损伤扩展起始位置沿与压缩载荷垂直方向向模型两端扩展。建立的复合材料Ω型加筋壁板渐进损伤模型预测结果与试验数据吻合较好,且对该结构的设计具有一定参考意义,使其满足工程上的强度需求。
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