摘要：在给定外形尺寸的设计要求下,提出1种全复合材料轻型机翼结构设计模型。首先,采用薄壁工程梁理论,对2种机翼剖面构型(单闭室和三闭室)在三点弯曲载荷条件下,进行了正应力与剪应力分布计算。并对初始设计方案机翼进行了三点弯曲载荷下的加载破坏试验,随后选取了ABAQUS软件中1种适合于此类机翼模型的数值模拟方法,建立了机翼结构数值分析模型,数值模拟结果与试验结果吻合良好。以破坏载荷作为衡量机翼结构极限承载能力的指标,以载荷/质量比作为衡量机翼结构效率的指标,设计了4种结构类型,10个方案的全复合材料机翼结构模型,并对每种方案进行了有限元分析。最后提出了1种在三点弯曲试验条件下,满足设计要求,并且承载能力强、结构效率高的全复合材料轻型机翼结构设计方案。

摘要：为提高全复合材料机翼的有效载荷与机翼质量的比值(载荷/质量比),提出了一种预测全复合材料机翼极限载荷的有限元模拟方法,并建立了提高机翼结构效率的结构设计方案。首先,基于薄壁工程梁理论,对全复合材料机翼进行了理论分析,并对全复合材料机翼的结构形式与铺层形式进行了初始设计;然后,基于初始机翼的试验数据,利用ABAQUS建立了4种不同的有限元模型,通过对比得到了最佳数值模拟方法;接着,建立了14种结构布局形式,并为每种结构形式赋予不同的铺层方案,形成了117个机翼设计方案,对比了各个结构形式的载荷/质量比以及工艺因素;最后,制造了全复合材料机翼并进行了试验验证。结果表明:双工字梁结构为最佳机翼结构布局形式,具有较高的承载效率;模拟载荷与试验值之间的相对误差仅为1.91%,验证了有限元模型的正确性;机翼的载荷/质量比达到了24.17N/g,相对于初始设计提升了30.65%。所得结论表明设计方法有效。

摘要：在给定全复合材料机翼结构几何外形尺寸条件下,以最高载荷/质量比(P/W)为目标,提出了一种复合材料机翼铺层优化设计与分析方法。主要进行了三方面优化工作:铺层厚度优化、铺层比例优化以及铺层顺序优化。首先,在初始结构方案的基础上,利用有限元分析软件ANSYS对复合材料层合板进行结构优化,得到了复合材料层合板铺层厚度与铺层比例。然后,插值拟合生成结构性能(即P/W)在设计区域的空间分布曲面,量化材料分布对结构性能的影响,得到了最佳材料分配比例,为分析复合材料铺层提供了新方法。最后,根据已经得到的铺层厚度和铺层比例方案,运用遗传算法对铺层顺序进行优化,得到最优铺层方案。根据最终优化的铺层设计方案,加工制造机翼样件并完成了试验验证。数值模拟结果与试验结果非常吻合,其中,破坏载荷的相对误差为-1.91%,结构刚度的相对误差为1.10%。与初始设计相比,载荷/质量比提高了70.23%(忽略翼梢小翼),证明本文优化工作的合理性与有效性。

摘要：在综述优化设计理论研究的基础上,运用ANSYS分析软件,采用零阶优化方法,对某型无人机进气道复合材料层合板结构进行初始铺层的强度和刚度分析,在此基础上对其铺层厚度和铺层比例进行优化。采用两种优化方案,一种是在载荷一定的情况下求得尽可能轻的重量;另一种是在厚度一定的情况下调整铺层比例,使结构的承载能力更强。在得到ANSYS优化结果后再对其进行修正。优化结果显示,通过优化能进一步减轻结构重量,增强结构的承载能力。

摘要：采用细观力学方法以及虚拟裂纹闭合法(VCCT)对含有Z-pin增强复合材料双悬臂梁(DCB)结构Ⅰ型断裂韧性进行了研究。利用有限元法建立了结构模型,采用实体单元模拟复合材料层压板结构和非线性弹簧元模拟Z-pin。通过计算应变能释放率对含有不同体积分数Z-pin的复合材料层压板Ⅰ型断裂韧性与不含Z-pin的复合材料层压板Ⅰ型断裂韧性进行了对比分析。研究表明,含有Z-pin增强复合材料双悬臂梁(DCB)结构Ⅰ型断裂韧性在裂纹扩展过程中受到Z-pin桥联作用的影响而显著增强,且其增强效果与Z-pin的体积分数、处在桥联区的Z-pin数目均相关,这表明Z-pin增强方法能够有效提高复合材料层压板的分层扩展阻力。

摘要：探索了全厚度缝合复合材料闭孔泡沫芯夹层结构低成本制造的工艺可行性及其潜在的结构效益。选用3种夹层结构形式,即相同材料和工艺制造的未缝合泡沫芯夹层和缝合泡沫芯夹层结构及密度相近的Nomex蜂窝夹层结构,完成了密度测定、三点弯曲、平面拉伸和压缩、夹层剪切、结构侧压和损伤阻抗/损伤容限等7项实验研究。结果表明,泡沫芯夹层结构缝合后,显著提高了弯曲强度/质量比、弯曲刚度/质量比、面外拉伸和压缩强度、剪切强度和模量、侧压强度和模量、冲击后压缩(CAI)强度和破坏应变。这种新型结构形式承载能力强、结构效率高、制造维护成本低,可以在飞机轻质机体结构设计中采用。

摘要：对比研究利用相同碳纤维、基体和相同制备工艺(RTM)加工的三维多向编织和层合板复合材料的力学性能。四种三维多向编织结构分别利用三维四向、三维五向、三维六向和三维七向编织工艺制备;三种层合复合材料利用帘子布制成,分别为0°单向板、90°单向板和层合板[0/(±45)2/90]2s。采用相同的拉伸、压缩和剪切试验方法对各类试样进行试验。结果表明:与三维编织试样相比,0°单向板的拉伸和压缩性能最高,而其他层合试样的各项性能均较低;对于编织试样,编织角越小,纵向拉伸和压缩性能越高,剪切性能越低;编织结构也是影响编织试样力学性能的重要因素。同时,对试样的破坏模式也进行了讨论,发现编织结构和编织角是影响材料破坏模式的重要因素。

摘要：将上限理论应用到复合材料层合板单钉双剪连接挤压强度分析中,把连接结构的位移场划分为动态区域(层合板)和静态区域(紧固件),并认为失效发生在位移可动场和不动场之间的钉孔边受挤压部分。由于受挤压孔孔边各层应力状态不一样,受挤压孔边各层的失效区域和失效模式也各不相同。从宏观上研究复合材料层合板单钉连接孔边的失效区域和失效模式,结合上限理论提出了一种估算复合材料单钉连接挤压强度的工程算法。通过与试验结果对比,发现该方法能较好地预测出复合材料单钉双剪连接挤压强度。

摘要：针对现有飞机复合材料蒙皮设计难以兼顾承载性能和吸波性能的问题,凭借碳纤维预浸料独特的力电特性,基于阻抗渐变原理设计了具有优异吸波性能的梯度碳纤维阵列,赋予结构吸波性能;利用碳纤维底板优异的承载性能,进行力学性能的增强设计。通过玻璃纤维层合结构(Glass fiber laminated structure,GFLS)电磁和承载性能的双增强设计,构造了吸波/承载一体化层合结构(Integrated laminated structure,ILS)。电磁仿真和试验结果表明:结构实现了薄厚度下(94%)的吸波效果。通过吸波机制研究发现了结构的谐振频率与碳纤维宽度成反比,碳纤维宽度逐层渐变的设计使结构在较宽频段范围内产生多个相近的强吸收频点,从而实现了宽频高强吸波。弯曲性能试验结果表明,一体化层合结构的比弯曲强度和比刚度相较同尺寸的玻璃纤维层合结构分别提升了86.8%和76.3%。本文通过在玻璃纤维预浸料铺层中引入碳纤维预浸料并进行结构构型设计,可实现结构吸波性能和承载性能的大幅增强,为飞机蒙皮的轻质隐身承载一体化设计提供了一种新的解决方案。

摘要：基于树脂传递模塑成型(RTM)工艺制作了整体成型的复合材料机翼,并针对机翼出现的干斑缺陷,采用PAM-RTM软件对干斑的成因进行分析,一方面由于上下翼面和前缘交接区域的纤维体积分数较高,导致该区域的树脂渗透率低于其他区域,从而出现包络现象,形成干斑;另一方面由于边缘效应的影响,使机翼内产生树脂快速流动通道,造成气泡包裹形成干斑。提出了有效减小干斑缺陷的控制方法,即设计两种改进的注胶方案来减小干斑区域。通过对比发现,前缘线注射方式产生的干斑区域明显较小,但注胶时间增加;通过提高树脂注射温度可降低树脂黏度,从而减少充模时间,同时通过控制出胶口的开闭可进一步减少注胶时间。