复合材料机翼整体油箱密封失效分析与试验验证

发布时间：2020-05-05 14:01

【摘要】：复合材料整体固化成型技术日趋成熟,当用于机翼整体油箱结构设计时,能大大减少零部件数量和密封部位。但复合材料的各向异性却容易导致紧固件附近区域应力集中,对密封胶的性能要求更苛刻。密封胶材料的非线性,又加大整体油箱密封设计的难度,给失效分析带来困难。本文针对复合材料机翼整体油箱的密封失效问题进行研究。(1)介绍不同的密封胶本构模型,选择合适的密封胶本构模型和材料参数。针对密封胶的失效问题,采用Mooney-Rivlin橡胶本构模型,利用裂纹扩展J积分理论,预测填角密封胶出现裂纹后可能的扩展方向;采用内聚力模型,模拟贴合面密封胶的裂纹萌生和扩展,得到贴合面密封胶失效分析。(2)分析复合材料机翼整体油箱结构模型,设计机翼整体油箱静力试验,将仿真结果与试验数据相对比,得到整体模型位移与应变,为后面整体油箱密封结构重点分析提供参考。(3)分析典型的L型连接件,得到密封胶模型中的填角密封和贴合面密封损伤失效过程和判定失效的依据。简化整体油箱的钉元模型,构建机翼整体油箱结构高应变区域子模型,得到重点考核部位密封胶的位移、应力值,判断密封胶是否失效。为机翼整体油箱的密封设计提供一种验证密封失效的方法。
【图文】：

示意图,示意图,复合材料机翼,比刚度

点：复合材料机翼结构比强度高、比刚度也高。比强度表示材料的抗拉强度与比刚度表示材料的弹性模量与本身密度的比值，这两者是结构选材的重要空领域，比刚度高和比强度高的双重特性，造就了先进复合材料能够实度减少。复合材料机翼结构易于大面积整体成型。复合材料结构主要是由单层铺叠适合于共固化、共胶接等的整体成型技术，它可以减少部分连接构件和量，同时，整体固化成型的结构安全性和可靠性高，，这也大大降低了制简化了后期维护。各向异性和可设计性强。复合材料机翼结构的主要形式是由单向预浸带铺构。单向带呈现强烈的正交各向异性，其沿纤维方向的性能与垂直纤维，可以通过不同的方向铺设不同比例的单向带，来满足结构平面内所需材料可以选择符合要求的材料和适当的铺层顺序、铺层角度，使得复合状态下表现的力学性能差异性大，这些都对机翼的力学设计提供了更大

复合材料机翼,蒙皮,整体油箱,机翼

南京航空航天大学硕士学位论文机翼整体油箱。它们的分界面是左右的 1 肋位置。1988 年，空客 A320 飞机投入运营，它的标准燃油容量是 15843L，油箱布局为两机翼整体油箱和一个中央翼油箱，它存在两种构型：一种是机翼整体油箱又分外油箱和内油箱，它们的分界面是 15 肋位置，当外油箱燃油不足时，内油箱可以实时地流入，反之，外油箱的油却无法回流到内油箱；另外一种是机翼整体油箱不分割，从 1 肋到 22 肋构成一个整体。1999 年加拿大研制的庞巴迪 CRJ700 是一款支线客机，中央翼油箱采用的是桶形复合材料容器，机翼整体油箱仍然是金属材料。2004 年，巴西的 ERJ195 完成首飞（图 1.2 所示），该飞机因为采用机翼整体油箱设计，具有高效率和经济性的特点，符合人机工程学的原理，受到广泛的欢迎。它的左右机翼整体油箱为主油箱，左 0 肋至右 0 肋间横隔板之后为辅助的集油箱[7]。美国的波音 777、787 飞机和空客 A350、A380 飞机是当代先进客机的代表，它们的机翼结构也采用了机翼整体油箱结构[8]。特别是 787 和 A350 飞机，它的机翼结构主要是复合材料。A350 飞机机翼中最大的一块复合材料壁板尺寸达到 31.6m35.6m。A400M运输机更是将机翼复合材料用量提高到 85%，开创了复合材料在大型运输机机翼应用的先例[9]。
【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】：V228.11

【参考文献】