不同边界约束对复合材料波纹梁耐撞性能影响研究

发布时间：2020-03-25 00:42

【摘要】：复合材料波纹梁作为一种典型的复合材料吸能结构,被大量的运用于直升机上的抗坠毁吸能结构,如何设计出高效吸能的复合材料吸能元件成为当前研究的一个热点。论文采用两种本构模型对复合材料波纹梁的缓冲吸能能力进行了的研究,分析了波纹数量以及边界支持条件对吸能性能的影响。论文的主要工作和研究成果如下:基于ABAQUS软件平台,建立了单波和三波复合材料波纹梁结构的采用等效弹塑性本构的壳单元模型和采用复合材料本构的三维实体模型。计算结果与文献试验结果的对比分析验证两种模型的合理性。研究结果表明采用复合材料本构的三维实体模型由于考虑了复合材料的不同破坏模式,因此与试验结果更为吻合。使用弹塑性本构模型和复合材料本构模型,对单波、两波、三波、四波以及五波复合材料波纹梁的吸能性能进行了分析,研究了波纹数量对构件比吸能能力的影响。结果表明单波结构由于两侧边界自由而容易引起结构的扭转失稳,比吸能能力较低,随这波纹数量的增多比吸能能力逐级提高并趋于稳定。基于单波结构的弹塑性本构模型和复合材料本构模型,研究了简支边界条件、弹性支承边界条件和周期性边界条件对吸能能力的影响。研究结果表明施加周期性边界条件所得到的比吸能能力与多波纹结构相当,为后续建立基于单波模型的波纹梁缓冲吸能结构优化奠定了基础。
【图文】：

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图 1. 1 直升机下部底层板结构与复合材料波纹梁盒段示意图1.2 国内外研究现状结构耐撞性的研究起源于对直升机机体耐坠毁的研究 1960 年，美国军方出资研究飞行器的碰撞安全性以及生存性能等方面，于 1967 年制定了第一部直升机机体耐坠毁设计指南[13]，并开始实施随后美国军方又制定了一部更加完善的耐坠设计的军标——MIL.STD1290.A[14] 1981 年美国启动了先进复合材料机体计划（ACPA） [15]，研究了如何在直升机中使用先进复合材料以及直升机中的夹层结构其研究成果已在多种直升机上（如 UH-60A AH-64A）得到应用此后英国法国以及日本的一些研究机构对复合材料元件的耐撞性进行了大量深入研究 2001 年杨嘉陵[16]提出直升机的抗坠毁即发生意外坠机时机体和其内部系统保护直升机内部人员免受伤害的性能，并指出了抗坠毁设计中的一些关键问题其中直升机抗坠毁的三个关键因素之一－机身抗坠毁设计部分（另外两个因素分别是起落架以及座椅和乘员约束系统）指出，机身抗坠毁设计主要集中在下腹部，通过在机舱地板中使用蜂窝结构开缝圆管以及波纹板等吸能装置，利用其在坠毁时的压碎撕裂以及屈曲来吸收冲击能量

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南京航空航天大学硕士学位论文质量守恒方程0 J 中，为当前密度；0J V/V，代表相对体积变形梯度的行列式；0 为初始能量方程( )ij ijE VS p q V程适用于总的能量平衡以及计算状态方程其中V 为当前构形的体积，ij 代表ijS 代表偏应力，p 代表压力，q 代表体积粘性阻力边界条件. 面力边界条件( )ij j i n t t在面力边界1S 上中jn 为当前构形边界外法线的方向余弦，it 为面力载荷（iin , t中的 j=1，2，
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33

【参考文献】