环氧树脂基复合材料结构设计走向成熟

环氧树脂基复合材料结构设计走向成熟

2013-07-18 10:50:35 31

   随着计算机技术的飞速发展和有限元分析手段的不断完善,有限元方法在复合材料结构强度分析上虽然工作量大,但该方法已发挥了重要作用,显示了其较高的准确性,这在环氧树脂基复合材料结构件工程应用中已得到验证,利用这些工程验证的数据,进行整理,摸出规律,使用有效的数值分析方法和先进的优化算法进行综合与折中,可使设计过程由复杂变为简单。

    经过对多种飞机复合材料结构的设计分析,国内主要的设计、强度研究所基本掌握了树脂基复合材料结构设计的选材原则、使用值计算铺层规则、加筋结构设计、连接接头设计以及试验分析等方面的技术,这些技术大部分经过了工程应用的验证。例如,静强度试验可以覆盖疲劳试验,典型铺层开孔拉压试验可以覆盖各种常见缺陷/损伤试验,冲击损伤试验可以覆盖湿热试验;铺层尽可能均匀对称、同种角度连续铺层不能超过4层;应力集中区域局部加强、结构变厚区域每层台阶宽度相近且应大于3mm;加筋与蒙皮的刚度泊松比匹配的计算;防止端部的应力集中和减少连接接头产生剥离应力的措施等都可以为大型飞机复合材料结构的设计分析提供帮助。

     树脂基复合材料在制造和使用过程中,配合连接和低速冲击损伤是人们较为关注的两大问题。在这方面,国内研究单位和相关院校开展了大量的研究工作,建立了复合材料配合连接(例如干涉连接)的强度分析方法和以低速冲击损伤为基础的冲击阻抗和损伤容限设计方法。结合具体的树脂体系,对复合材料结构连接孔的干涉量进行了分析研究,并得出了具体的数据,也有试验考核结果。在低速冲击损伤方面,对冲击能谱,受外来冲击的动力响应和接触历史,冲击损伤的起始与发展及影响损伤的诸因素,冲击损伤对结构的影响等都进行了较为深入的研究。某型号飞机复合材料结构件疲劳寿命评估试验中也取得了这方面的数据,这些都值得我们去总结提高,真正为大型飞机复合材料结构设计分析提供帮助。
   大家知道,复合材料结构设计标准完善与否是限制复合材料有效应用的重要原因。鉴于此,国内复合材料界的科技工作者在1990年编制出版了复合材料设计手册,经过10多年的使用和提高,2001年出版了复合材料结构设计手册,与之配套的中国航空材料手册(第二版)第6卷先进复合材料手册和聚合基复合材料手册分别于2002年、2003年和2004年正式出版,还有新版的复合材料力学性能表征方面的标准以及复合材料结构设计及强度验证要求、复合材料热压罐成型工艺、航空复合材料制件工艺质量控制、预浸料物理性能及层压板力学性能试验方法、复合材料构件固化模设计与制造、复合材料构件的连接与装配、复合材料无损检测、复合材料构件基于CATIA建模要求等60多项行业或国家标准都是在总结国内复合材料的发展成果和
参考国外相关技术的基础上编制的,可为大型飞机复合材料相关标准的编制提供参考,有的成果可直接应用。
 

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