复合材料层合板开口补强方案优化研究

发布时间：2023-05-03 19:22

　　复合材料在航空航天领域中的应用越来越广泛,由于某些结构设计上的需要,比如设备安装、管道通过等,对结构进行开口处理一直难以避免。与传统的金属材料不同,开口会使复合材料铺层中的纤维被切断,形成开口边缘的高应力区。同时复合材料的各向异性又会使得承载时开口区域产生边缘效应,这将大大削弱结构的稳定性与静强度,导致开口边缘局部提前破坏,直接影响其使用的安全性,所以对结构开口补强技术的研究则显得尤为重要。本文以航空结构复合材料构件中的受压层合板为研究对象,主要研究内容如下:首先对于国内外关于复合材料层合板结构开口补强方式进行了调研分析,将结构的稳定性和静强度作为根据,针对圆形开口对碳纤维复合材料层合板力学性能的削弱提出了金属板补强和Z-pin补强两种补强方案。然后对于金属板补强和Z-pin补强方案中所涉及到的试验件,开展了开口层合板的准静态压缩试验,得到结构的屈曲载荷、破坏载荷以及应变和载荷的变化曲线,同时通过三维DIC数字散斑技术得到试验件的全场应变变化,并从结构的应力应变分布以及稳定性承载能力等方面分别评价了两种补强方案的补强效果和补强效率。最后通过Solidworks建立了金属板补强方案中的实...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景
        1.1.1 复合材料概述
        1.1.2 复合材料开口研究的工程背景
    1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 金属板补强试验验证与评价
    2.1 试验设备与试验方法
        2.1.1 试验方法及试验夹具
        2.1.2 试验设备及试验前期准备工作
    2.2 方形金属板补强试验数据处理及结果分析
    2.3 圆形金属板补强试验数据处理及结果分析
    2.4 无补强试验数据处理及结果分析
    2.5 补强效果评价
        2.5.1 试验件补强效果评估
        2.5.2 试验件补强效率评估
    2.6 本章小结
第3章 Z-pin补强试验验证与评价
    3.1 试验设备与试验方法
        3.1.1 试验方法及试验夹具
        3.1.2 试验设备及试验前期准备工作
    3.2 单开口无Z-pin补强试验数据处理及结果分析
    3.3 单开口有Z-pin补强试验数据处理及结果分析
    3.4 双开口无Z-pin补强试验数据处理及结果分析
    3.5 双开口有Z-pin补强试验数据处理及结果分析
    3.6 补强效果评价
    3.7 本章小结
第4章 金属板补强方案有限元模拟
    4.1 引言
    4.2 复合材料层合板的应力分析
        4.2.1 损伤触发和演化准则
        4.2.2 损伤演化模型
        4.2.3 UMAT材料子程序
    4.3 有限元模拟
        4.3.1 模型的建立与计算
        4.3.2 方形金属板补强模型的计算结果及结果分析
        4.3.3 圆形金属板补强模型的计算结果及结果分析
        4.3.4 未补强模型的计算结果及结果分析
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3807135