湿热环境下含损伤复合材料蜂窝板剩余强度分析
发布时间：2021-05-31 23:28
复合材料在B787飞机结构重量中所占的比例已达到50%,国产民机C919复合材料占比约25%左右,预计正在预研下一代宽体客机或将接近B787水平。复合材料力学性能对湿热环境尤为敏感,而国内外对蜂窝夹芯材料的研究多为不考虑环境对材料影响,鲜有公开发表同时考虑湿热环境与脱粘损伤这两种损伤因素对蜂窝夹芯材料的研究。本文通过使用三明治夹芯等效理论将蜂窝芯层等效为均匀连续的实体单元,将湿热环境中的湿应力等效为热应力,建立湿热环境下的蜂窝夹芯材料本构方程,以改进Hashin准则与Besant准则作为蜂窝夹芯材料的失效判据,并通过编写VUMAT子程序实现。采用Cohesive单元模拟面板与芯层间的连接方式建立湿热环境下蜂窝夹芯板的有限元模型,研究不同湿度与温度下湿热应力对蜂窝夹芯材料弯曲性能的影响。又通过切除某些Cohesive区域模拟面板与芯层脱粘现象建立有限元模型研究脱粘损伤下脱粘位置、脱粘面积、脱粘个数及脱粘区域间相对位置对蜂窝夹芯材料弯曲剩余强度的影响。结果表明:湿热环境降低了1.6%的材料极限承载能力且随着湿热与温度的增加其极限承载能力下降;脱粘现象会加速面板与芯层分离,脱粘位置影响材料的...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蜂窝夹芯结构
中国民航大学硕士学位论文16kthhthEEeqffcceqfeqeqffq2,,2（2-16）因本文采用的等效计算方法为三明治夹芯等效计算方法故不对等效板理论做具体介绍。（3）蜂窝板理论蜂窝板理论是指把整个蜂窝板等效成一个等刚度等厚度的均匀各向异性板，因本文不对其做具体研究也不采用此等效方法故本文不对其做详细介绍。2.2.2蜂窝芯层等效有限元模型的建立对于蜂窝芯的建模有两种方法，一种是精细建模的方法，另一种就是等效建模的方法，即本文对于蜂窝夹芯材料的蜂窝芯层的建模方法，采用精细建模的方法对蜂窝结构进行有限元计算虽然在试验件研究领域的损伤方面计算精度较高，但在工程试验件计算损伤分析和强度预测时的成本巨大并且效率也较低。而芯层等效计算法比较适用于工程实际。由于本文2.1.4已经对建立有限元模型的步骤做了具体介绍，本节就直接以蜂窝芯的精细建模与等效建模下力学响应分析为例做具体的建模做法介绍。本文所使用的Nomex蜂窝芯弹性参数GPaEc12，3.0c，3/56mkgc，蜂窝芯壁厚t1.0，壁长度mml75.2，蜂窝芯高度mmh7。图2-2、图2-3、图2-4、图2-5所示分别为精细建模与等效建模时的几何模型及有限元模型。图2-2精细建模几何模型图2-3等效建模几何模型
中国民航大学硕士学位论文16kthhthEEeqffcceqfeqeqffq2,,2（2-16）因本文采用的等效计算方法为三明治夹芯等效计算方法故不对等效板理论做具体介绍。（3）蜂窝板理论蜂窝板理论是指把整个蜂窝板等效成一个等刚度等厚度的均匀各向异性板，因本文不对其做具体研究也不采用此等效方法故本文不对其做详细介绍。2.2.2蜂窝芯层等效有限元模型的建立对于蜂窝芯的建模有两种方法，一种是精细建模的方法，另一种就是等效建模的方法，即本文对于蜂窝夹芯材料的蜂窝芯层的建模方法，采用精细建模的方法对蜂窝结构进行有限元计算虽然在试验件研究领域的损伤方面计算精度较高，但在工程试验件计算损伤分析和强度预测时的成本巨大并且效率也较低。而芯层等效计算法比较适用于工程实际。由于本文2.1.4已经对建立有限元模型的步骤做了具体介绍，本节就直接以蜂窝芯的精细建模与等效建模下力学响应分析为例做具体的建模做法介绍。本文所使用的Nomex蜂窝芯弹性参数GPaEc12，3.0c，3/56mkgc，蜂窝芯壁厚t1.0，壁长度mml75.2，蜂窝芯高度mmh7。图2-2、图2-3、图2-4、图2-5所示分别为精细建模与等效建模时的几何模型及有限元模型。图2-2精细建模几何模型图2-3等效建模几何模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]湿热环境下含分层平面编织玻璃纤维/环氧树脂基复合材料层合板振动特性[J]. 贾宝惠,张刚,蔺越国,卢翔. 复合材料学报. 2019(04)
[2]蜂窝夹芯挖补修理结构弯曲性能研究[J]. 郭轩,关志东,邱诚,黎增山. 北京航空航天大学学报. 2018(07)
[3]湿热环境下复合材料层合板振动与声辐射特性分析[J]. 赵天,杨智春,田玮,陈兆林. 航空学报. 2017(10)
[4]湿热环境下复合材料风力机叶片气弹稳定性[J]. 张康康,李亮,罗杰,李映辉. 动力学与控制学报. 2016(04)
[5]基于等效理论的蜂窝夹层板强度等效分析[J]. 季宝锋,陈东良,孙艳杰,王世勋,陈英伟. 宇航材料工艺. 2015(02)
[6]蜂窝芯层等效参数研究综述[J]. 富明慧,徐欧腾,陈誉. 材料导报. 2015(05)
[7]不同热塑性树脂基体对单向碳纤维复合材料吸湿行为的影响[J]. 王健,纪艳芬,李开喜,何宏伟,王建龙,杨杰,杨玉鹏,潘明艳. 化工新型材料. 2010(08)
[8]基于粘聚区模型的含填充区复合材料接头失效数值模拟[J]. 崔浩,李玉龙,刘元镛,郭嘉平,许秋莲. 复合材料学报. 2010(02)
[9]含周期性裂纹正交各向异性板平面问题的应力场分析[J]. 郭俊宏,卢子兴. 复合材料学报. 2010(01)
[10]MTPS蜂窝夹芯结构传热性能及热应力分析[J]. 刘振祺,梁伟,杨嘉陵,吴大方. 航空学报. 2009(01)
硕士论文
[1]复合材料蜂窝夹芯板结构损伤及其修理后仿真分析[D]. 华洲.哈尔滨工业大学 2017
[2]民机复合材料结构分层损伤修理容限评估[D]. 刘萱.中国民航大学 2016
[3]复合材料的湿热力耦合响应及损伤研究[D]. 金平.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3209186
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
蜂窝夹芯结构
中国民航大学硕士学位论文16kthhthEEeqffcceqfeqeqffq2,,2（2-16）因本文采用的等效计算方法为三明治夹芯等效计算方法故不对等效板理论做具体介绍。（3）蜂窝板理论蜂窝板理论是指把整个蜂窝板等效成一个等刚度等厚度的均匀各向异性板，因本文不对其做具体研究也不采用此等效方法故本文不对其做详细介绍。2.2.2蜂窝芯层等效有限元模型的建立对于蜂窝芯的建模有两种方法，一种是精细建模的方法，另一种就是等效建模的方法，即本文对于蜂窝夹芯材料的蜂窝芯层的建模方法，采用精细建模的方法对蜂窝结构进行有限元计算虽然在试验件研究领域的损伤方面计算精度较高，但在工程试验件计算损伤分析和强度预测时的成本巨大并且效率也较低。而芯层等效计算法比较适用于工程实际。由于本文2.1.4已经对建立有限元模型的步骤做了具体介绍，本节就直接以蜂窝芯的精细建模与等效建模下力学响应分析为例做具体的建模做法介绍。本文所使用的Nomex蜂窝芯弹性参数GPaEc12，3.0c，3/56mkgc，蜂窝芯壁厚t1.0，壁长度mml75.2，蜂窝芯高度mmh7。图2-2、图2-3、图2-4、图2-5所示分别为精细建模与等效建模时的几何模型及有限元模型。图2-2精细建模几何模型图2-3等效建模几何模型
中国民航大学硕士学位论文16kthhthEEeqffcceqfeqeqffq2,,2（2-16）因本文采用的等效计算方法为三明治夹芯等效计算方法故不对等效板理论做具体介绍。（3）蜂窝板理论蜂窝板理论是指把整个蜂窝板等效成一个等刚度等厚度的均匀各向异性板，因本文不对其做具体研究也不采用此等效方法故本文不对其做详细介绍。2.2.2蜂窝芯层等效有限元模型的建立对于蜂窝芯的建模有两种方法，一种是精细建模的方法，另一种就是等效建模的方法，即本文对于蜂窝夹芯材料的蜂窝芯层的建模方法，采用精细建模的方法对蜂窝结构进行有限元计算虽然在试验件研究领域的损伤方面计算精度较高，但在工程试验件计算损伤分析和强度预测时的成本巨大并且效率也较低。而芯层等效计算法比较适用于工程实际。由于本文2.1.4已经对建立有限元模型的步骤做了具体介绍，本节就直接以蜂窝芯的精细建模与等效建模下力学响应分析为例做具体的建模做法介绍。本文所使用的Nomex蜂窝芯弹性参数GPaEc12，3.0c，3/56mkgc，蜂窝芯壁厚t1.0，壁长度mml75.2，蜂窝芯高度mmh7。图2-2、图2-3、图2-4、图2-5所示分别为精细建模与等效建模时的几何模型及有限元模型。图2-2精细建模几何模型图2-3等效建模几何模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]湿热环境下含分层平面编织玻璃纤维/环氧树脂基复合材料层合板振动特性[J]. 贾宝惠,张刚,蔺越国,卢翔. 复合材料学报. 2019(04)
[2]蜂窝夹芯挖补修理结构弯曲性能研究[J]. 郭轩,关志东,邱诚,黎增山. 北京航空航天大学学报. 2018(07)
[3]湿热环境下复合材料层合板振动与声辐射特性分析[J]. 赵天,杨智春,田玮,陈兆林. 航空学报. 2017(10)
[4]湿热环境下复合材料风力机叶片气弹稳定性[J]. 张康康,李亮,罗杰,李映辉. 动力学与控制学报. 2016(04)
[5]基于等效理论的蜂窝夹层板强度等效分析[J]. 季宝锋,陈东良,孙艳杰,王世勋,陈英伟. 宇航材料工艺. 2015(02)
[6]蜂窝芯层等效参数研究综述[J]. 富明慧,徐欧腾,陈誉. 材料导报. 2015(05)
[7]不同热塑性树脂基体对单向碳纤维复合材料吸湿行为的影响[J]. 王健,纪艳芬,李开喜,何宏伟,王建龙,杨杰,杨玉鹏,潘明艳. 化工新型材料. 2010(08)
[8]基于粘聚区模型的含填充区复合材料接头失效数值模拟[J]. 崔浩,李玉龙,刘元镛,郭嘉平,许秋莲. 复合材料学报. 2010(02)
[9]含周期性裂纹正交各向异性板平面问题的应力场分析[J]. 郭俊宏,卢子兴. 复合材料学报. 2010(01)
[10]MTPS蜂窝夹芯结构传热性能及热应力分析[J]. 刘振祺,梁伟,杨嘉陵,吴大方. 航空学报. 2009(01)
硕士论文
[1]复合材料蜂窝夹芯板结构损伤及其修理后仿真分析[D]. 华洲.哈尔滨工业大学 2017
[2]民机复合材料结构分层损伤修理容限评估[D]. 刘萱.中国民航大学 2016
[3]复合材料的湿热力耦合响应及损伤研究[D]. 金平.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3209186
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