复合材料帽形加筋壁板轴压承载能力工程分析

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pinghua_xu
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先进复合材料作为主承力结构应用于大型客机机身已成为今年来的发展趋势。复合材料加筋壁板作为复合材料应用在飞机上的典型结构之一,研究其稳定性和承载能力对于飞机飞行使用安全有十分重要的意义。目前预测加筋板的承载能力的手段通常为有限元方法和工程计算方法。有限元方法能预测加筋板后屈曲路径与失效状态,但计算成本高、耗时长,工程计算方法效率高但精度低。为方便设计人员在设计初期快速预测加筋板承载能力和优化结构,论文基于加筋板有限元数值模拟与试验屈曲、后屈曲数据,发展了一套计算复合材料帽形加筋壁板承载能力的工程计算方法。在屈曲分析方面,首先对两类三筋条加筋板进行了有限元分析与工程计算,发现选取两筋条相邻帽腰距离作为加载边简支的蒙皮有效宽度、相邻帽腰距离与相邻下翼缘距离的平均值作为加载边固支的蒙皮有效宽度时,利用简化计算式计算屈曲载荷精度最高。将计算公式与蒙皮有效宽度组合应用到不带横框五筋条与带横框三筋条加筋板试验件屈曲载荷计算上,表明在选取了合适有效宽度的前提下,简化计算公式的精度与有限元精度相近。在后屈曲分析方面,首先对带横框五筋条加筋板进行试验、有限元数值模拟和工程计算,结果表明有限元能正确地模拟加筋板的后屈曲承载载荷与失效行为,而工程计算结果因压损应力预测偏低,导致后屈曲载荷过于保守。通过对不同单层名义厚度、不同下翼缘宽度及不同筋条高度带横框五筋条加筋板进行有限元模拟,研究其压损应力与筋条板元局部屈曲应力和压缩极限应力的最小值与次小值之间的关系,提出了压损应力的修正公式。将修正公式应用到不带横框五筋条加筋板试验件上,其计算结果满足了工程需求。以上结果表明,修正后的工程计算,既保证了计算效率,又兼顾了一定的计算精度。最后基于Matlab平台,开发了快速计算复合材料帽形加筋板承载能力计算软件,可计算不同有效长细比加筋板的各类刚度及承载载荷。
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