【摘要】：新性能材料復(fù)合材料具有比剛度大、比強(qiáng)度高、材料性能可設(shè)計(jì)、一體成型、易剪裁、熱穩(wěn)定性好、耐腐蝕、抗疲勞和抗震性能好等優(yōu)良的力學(xué)性能�；谏鲜鰞�(yōu)良特性,復(fù)合材料在航空航天、水路陸路等交通運(yùn)輸領(lǐng)域獲得認(rèn)可與青睞。并且歷經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間的技術(shù)研發(fā),高損傷容限復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)取得突破性進(jìn)展,再加上航空用復(fù)合材料成本大幅降低,因此復(fù)合材料及其相關(guān)技術(shù)在航空航天領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用,不僅實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料比重的增加,而且復(fù)合材料也從受力較小的構(gòu)件向機(jī)身和機(jī)翼等主承力結(jié)構(gòu)應(yīng)用。飛機(jī)在飛行和著陸過(guò)程中,機(jī)身要承受剪力、彎矩和扭矩,所以機(jī)身結(jié)構(gòu)必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度。機(jī)翼在飛行中各截面要承受剪力、彎矩和扭矩。機(jī)翼和尾翼結(jié)構(gòu)在外部載荷作用下要產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。因此要保證機(jī)身和機(jī)翼等主承力結(jié)構(gòu)在彎曲和扭轉(zhuǎn)等載荷作用下不發(fā)生失穩(wěn)和破壞。由于復(fù)合材料盒段結(jié)構(gòu)整體化程度高、承載能力強(qiáng)、具有良好的抗彎曲和抗扭轉(zhuǎn)性能,對(duì)飛機(jī)上的大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)承受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷下的力學(xué)性能的研究有利于提高承載能力、增強(qiáng)飛行穩(wěn)定性、減輕結(jié)構(gòu)重量,對(duì)在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中推廣復(fù)合材料至關(guān)重要。但從國(guó)內(nèi)外對(duì)大型復(fù)雜復(fù)合材料在彎曲和扭轉(zhuǎn)等載荷下的力學(xué)性能評(píng)估可以看出,對(duì)承受彎矩作用的承載性能研究占大多數(shù),且對(duì)扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能的研究很多是針對(duì)線彈性階段,對(duì)盒段結(jié)構(gòu)在扭轉(zhuǎn)后屈曲階段的研究較少,對(duì)飛機(jī)上主承力結(jié)構(gòu)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)載荷下的承載力學(xué)性能分析是非常必要的。飛機(jī)上的大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造成型過(guò)程中易產(chǎn)生缺陷,失效機(jī)理非常復(fù)雜。采用有限元方法建立逐層定義復(fù)合材料層合板各鋪層角度并考慮破壞的精細(xì)有限元模型,能夠較準(zhǔn)確得到大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能,但其有限元模型規(guī)模龐大、建模過(guò)程繁瑣,可能出現(xiàn)的失效模式非常豐富,采用前述方法同時(shí)考慮所有的失效模式,將導(dǎo)致分析消耗大量計(jì)算成本,計(jì)算還可能因不收斂而中斷。因此本文提出了一種改進(jìn)的局部二次分析方法來(lái)對(duì)大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)受載的力學(xué)性能進(jìn)行分析。本文主要通過(guò)數(shù)值仿真與試驗(yàn)相結(jié)合的方式對(duì)某飛機(jī)復(fù)合材料垂尾盒段結(jié)構(gòu)進(jìn)行給定扭轉(zhuǎn)載荷形式下的靜強(qiáng)度分析,獲得相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能。對(duì)尾翼盒段結(jié)構(gòu)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗(yàn),獲得盒段各部件的位移和應(yīng)變等變形信息。通過(guò)Matlab語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)基于子層剛度法的層合板等效彈性參數(shù)獲取,對(duì)整體等效簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析確定局部分析模型的選取和劃分。將局部精細(xì)分析得到的變形、應(yīng)變與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證該方法的有效性。并分析了結(jié)構(gòu)在扭轉(zhuǎn)極限承載時(shí)各類局部模型的破壞特點(diǎn),評(píng)估出結(jié)構(gòu)失效的主控因素。建立標(biāo)準(zhǔn)化模型評(píng)估了盒段結(jié)構(gòu)在扭轉(zhuǎn)載荷下的極限載荷、破壞模式和失效部位,驗(yàn)證結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié),便于深入開(kāi)展失效機(jī)理分析,為之后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了一定的參考作用。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V250.2

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本文編號(hào)：2725461