翼面结构屈曲及后屈曲快速设计与分析方法研究

发布时间：2017-10-23 17:01

  本文关键词：翼面结构屈曲及后屈曲快速设计与分析方法研究

  更多相关文章： 屈曲 后屈曲 里兹能量法 扭转弹性支持 有效宽度法 界面脱胶 复合材料

【摘要】：飞机结构的稳定性是飞机结构设计的重要问题之一。目前工程上对结构的稳定性分析仍以线性屈曲分析为主。随着分析精度的提高以及减重的要求,飞机翼面上的加筋板/盒段结构的后屈曲分析与设计越来越受到重视。本文从工程角度入手,考虑压缩、剪切以及其他工况,采用理论推导、有限元分析与试验研究相结合的方法,发展了一种翼面结构屈曲以及后屈曲快速设计与分析方法,结果表明该方法能够提高屈曲分析的精度与后屈曲分析的效率。在屈曲分析方面,传统的工程简化分析方法将边界条件简化为简支,往往会导致保守设计而使结构的重量增加,而一旦为了减重将边界条件简化为固支,则结构可能存在提前失稳的风险,其根本原因在于屈曲应力计算不准确。本文采用里兹能量法,考虑筋条的弹性支持以及筋条轴向压力对蒙皮局部屈曲的影响,建立了轴压加筋板的理论分析模型,同时指出筋条下缘条对于蒙皮屈曲具有一定影响,给出了蒙皮板元宽度的近似取法;考虑了筋条与蒙皮的连接形式,给出了单排铆钉与多排铆钉的分析方法。结合筋条局部屈曲、加筋板整体屈曲分析方法与筋条扭转稳定性校核,能够对任意形式的加筋板进行屈曲分析并给出屈曲位置、屈曲载荷和屈曲半波数。结果表明精度较工程简化分析方法有明显提高。本文进一步将加筋板屈曲分析方法推广到盒段结构上,考虑泊松效应和蒙皮参与区,可以对关键位置格子蒙皮进行轴压、剪切、压剪屈曲分析,并给出屈曲载荷,结果与有限元结果吻合良好。在后屈曲分析方面,建立复合材料加筋板缘条-蒙皮局部脱胶解析模型,将有效宽度法与局部脱胶解析模型相结合,使得用工程方法求解加筋板后屈曲脱胶起始载荷成为可能。结合屈曲分析,能够给出任意加筋板从屈曲到后屈曲完整的位移载荷曲线。其优势在于不仅精度良好,而且计算效率较有限元方法大大提高,适用于工程初步设计阶段。
【关键词】：屈曲 后屈曲 里兹能量法 扭转弹性支持 有效宽度法 界面脱胶 复合材料
【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】：2016
【分类号】：V214
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-17
• 注释表17-19
• 第一章 绪论19-39
• 1.1 屈曲研究背景及研究现状19-24
• 1.1.1 引言19
• 1.1.2 工程简化分析方法19-20
• 1.1.3 Hyper Sizer软件屈曲分析方法20-21
• 1.1.4 里兹能量法21-22
• 1.1.5 风险性与保守性22-24
• 1.1.6 小结24
• 1.2 后屈曲研究背景及研究现状24-39
• 1.2.1 引言24-25
• 1.2.2 后屈曲设计理念25-26
• 1.2.3 后屈曲有限元分析方法26-31
• 1.2.4 含损伤加筋板分析设计指南31-33
• 1.2.5 后屈曲有限元分析与设计实例33-35
• 1.2.6 后屈曲工程分析方法35-38
• 1.2.7 小结38-39
• 第二章 平板屈曲分析理论39-46
• 2.1 概述39
• 2.2 板元工作状态分类分析39-40
• 2.3 里兹能量法40-41
• 2.4 单轴压平板屈曲分析41-44
• 2.4.1 两侧受圣维南扭转杆支持的板元41-43
• 2.4.2 两侧受到扭转弹簧支持的板元43
• 2.4.3 一侧弹簧支持一侧自由的板元43-44
• 2.5 复合材料剪切平板屈曲分析44-46
• 2.5.1 有限长度平板(a/b<3)44
• 2.5.2 无限长度平板(a/b>3)44-46
• 第三章 加筋板屈曲理论46-56
• 3.1 概述46
• 3.2 结构横截面特性46
• 3.3 蒙皮局部屈曲46-51
• 3.3.1 整体壁板46-47
• 3.3.2 复材开剖面加筋板47-48
• 3.3.3 金属开剖面铆接加筋板48-50
• 3.3.4 闭剖面加筋板50-51
• 3.4 筋条局部屈曲51
• 3.5 加筋板整体屈曲51-53
• 3.5.1 加筋板等效刚度51-52
• 3.5.2 欧拉宽柱法52-53
• 3.5.3 等效板法53
• 3.6 长桁/筋条的扭转稳定性53-56
• 第四章 盒段屈曲分析56-60
• 4.1 壁板局部屈曲分析56-57
• 4.2 壁板整体屈曲分析57
• 4.3 泊松效应57-58
• 4.4 参与区考虑58-60
• 第五章 后屈曲理论60-74
• 5.1 有效宽度公式60-61
• 5.2 有效宽度法的截止值61-62
• 5.3 损伤起始问题62-69
• 5.3.1 加筋板后屈曲内力分析62-65
• 5.3.2 筋条-蒙皮界面应力65-69
• 5.3.3 分离准则69
• 5.4 加筋结构的压损应力69-72
• 5.4.1 金属材料情况69-70
• 5.4.2 复合材料情况70-71
• 5.4.3 蒙皮局部-弯曲失稳破坏应力71-72
• 5.5 翼面结构屈曲以及后屈曲分析流程72-74
• 第六章 加筋板局部屈曲计算方法研究74-98
• 6.1 加筋板局部屈曲模态转换与压力衰减因子研究74-78
• 6.1.1 能量方法概述74-75
• 6.1.2 结果及分析75-78
• 6.1.3 小结78
• 6.2 蒙皮板元宽度近似取法研究78-86
• 6.2.1 加筋板尺寸、材料参数及有限元建模79-81
• 6.2.2 能量法研究思路81-82
• 6.2.3 结果及分析82-85
• 6.2.4 小结85-86
• 6.3 金属加筋板蒙皮局部屈曲载荷计算方法研究86-89
• 6.4 复合材料加筋板蒙皮局部屈曲载荷计算方法研究89-92
• 6.5 开剖面铆接加筋板蒙皮局部屈曲载荷计算方法研究92-95
• 6.6 闭剖面铆接加筋板蒙皮局部屈曲载荷计算方法研究95-98
• 第七章 加筋板整体屈曲计算方法研究98-102
• 第八章 盒段屈曲计算方法研究102-115
• 8.1 加筋梁式盒段屈曲计算方法研究102-107
• 8.1.1 盒段尺寸及材料属性102-103
• 8.1.2 有限元方法概述103-105
• 8.1.3 工程方法计算105-107
• 8.1.4 结果对比分析107
• 8.2 多墙盒段屈曲计算方法研究107-109
• 8.3 泊松效应与蒙皮参与区研究109-115
• 8.3.1 层合板泊松效应研究109-110
• 8.3.2 盒段泊松效应研究110-112
• 8.3.3 盒段蒙皮参与区屈曲研究112-115
• 第九章 后屈曲脱胶起始问题研究115-131
• 9.1 脱胶界面应力解析方法验证115-117
• 9.1.1 有限元模型概述115
• 9.1.2 解析法概述115-116
• 9.1.3 结果对比116-117
• 9.2 加筋板后屈曲界面应力分析117-131
• 9.2.1 有限元概述118-119
• 9.2.2 解析法概述119-120
• 9.2.3 界面应力有限元分析120-123
• 9.2.4 远场应力由有限元确定的解析解123-126
• 9.2.5 远场应力由大挠度方程确定的解析解126-129
• 9.2.6 初始脱胶/分层载荷及其位置预测129-131
• 第十章 屈曲/后屈曲试验分析131-146
• 10.1 开剖面铆接加筋板屈曲试验分析131-132
• 10.1.1 试验概述131
• 10.1.2 结果对比分析131-132
• 10.2 闭剖面铆接加筋板屈曲试验验证132-133
• 10.2.1 试验概述132-133
• 10.2.2 结果对比分析133
• 10.3 复材加筋板屈曲试验验证133-137
• 10.3.1 试验概述133-135
• 10.3.2 有限元方法概述135-136
• 10.3.3 能量法概述136
• 10.3.4 结果对比136-137
• 10.4 复合材料加筋板屈曲后屈曲试验研究137-146
• 10.4.1 试验概述137-140
• 10.4.2 屈曲载荷计算140-142
• 10.4.3 屈曲结果对比142
• 10.4.4 后屈曲仿真以及工程法计算142-146
• 第十一章 总结与展望146-148
• 11.1 本文工作总结146
• 11.2 本文工作展望146-148
• 参考文献148-151
• 致谢151-152
• 在学期间的研究成果和发表的学术论文152-153
• 附录A 层压板刚度特性153
• 附录B 扭转弹簧的扭转支持刚度153-156
• B1 扭转弹簧的扭转支持刚度153-156
• B1.1 筋条腹板作为约束板153-155
• B1.2 筋条缘条作为约束板155-156
• B1.3 蒙皮作为约束板156
• B2压力衰减因子156
• 附录C 脱胶应力相关系数156-157

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 王海燕;段世慧;孙侠生;;复合材料加筋板后屈曲设计技术欧盟研究综述[J];航空工程进展;2015年02期

2 王菲菲;崔德刚;熊强;罗小强;;复合材料加筋板后屈曲承载能力工程分析方法[J];北京航空航天大学学报;2013年04期

3 王孝慧;姚卫星;;复合材料胶接结构有限元分析方法研究进展[J];力学进展;2012年05期

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本文编号：1084410