复合材料机身结构夹筋壁板的屈曲与后屈曲模拟.docx
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1、复合材料机身结构加筋壁板的屈曲与后屈曲模拟1.项目的立项依据减重是成本降低的重要因素。欧航工业为了实现短期降低20%、长期降低 50%成本的目标,制定了 POSICOSS (针对机身碳纤维复合材料结构设计的改进 后屈曲模拟)和COCOMAT (机身复合材料结构安全设计的破坏模拟)计划。 这两个计划通过精确可靠的后屈曲和破坏模拟,开发了碳纤维复合材料机身结构 的安全储备。POSICOSS计划开发了碳纤维复合材料加筋壁板快速后屈曲分析, 获得了大量的实验数据,制定了设计指南。COCOMAT计划在POSICOSS结果 的基础上,进行了破坏模拟,其结果包括扩展的实验数据库,退化模型,改进的 检定,设计
2、工具和指南。POSICOSS计划的执行时间为2000.1-2004.9,计划按如下六步进行: (1)对后屈曲和破坏分析的基本程序进行了收集、评估,比较了各软件细节上的 差别和优缺点。(2)设计了碳纤维复合材料加筋壁板验证结构,通过实验获取材料的性能常数。 (3)第三步是制造和测试验证结构,目的是测试从屈曲到破坏的数据,用于改进 软件工具。制作了 32个验证结构并进行了无损检测。测试要求确定后屈曲的程 度,在压、弯、剪以及混合的加载条件下进行测试,由于材料的实际性能与试样 不同,所以应确定验证结构的材料性能。(4)模拟程序的改进和制定初步的设计指南,开发了新的工具,对现有的金属结 构工具进行了修
3、改。这些工具和有限元程序用于参数研究,从而得到关于碳纤维 复合材料加筋壁板的设计指南。(5)工业生产的碳纤维复合材料板的设计,分析,制作,检测和测试:要充分考 虑纯生产方面,为了最好的应用于实际的机身结构要充分发挥和利用生产合作者 的经验,最后,制作了 19块板,经过检测和测试,辨识出了实际的材料性能。 (6)碳纤维复合材料板的设计指南:为了制定最终的设计指南,要包括现有的经 验,生产实践和项目过程中的经验教训。碳纤维增强复合材料薄板可以承受反复屈曲而不影响屈曲行为,但是后屈曲 多大的程度而不导致严重的结构损伤,以及如何快速准确的模拟预测,可以通过 COCOMAT计划获得。COCOMAT项目的
4、目标是从当前到未来设计一种典型的复合材料加筋壁板 方案,如下图,左图是现在典型的载荷曲线,分为三个区:L允许的飞行载荷, 对应的点有初次屈曲载荷和限制载荷;2.安全区,对应着极限载荷;3.禁止区, 对应有初始退化载荷和完全破坏载荷。极限载荷是最大载荷的L5倍。从图可以 看到,极限载荷和破坏载荷之间有很大的储备区域,所以提出右图的未来设计方 案,极限载荷尽量接近破坏载荷。与目前的设计方案存在不同是初始退化载荷从 不允许的区域移入到安全区,这类似于金属结构的塑性被许可为安全区。但必须 满足一些条件。首先,在任何情况下,初始退化载荷不能低于极限载荷,其次, 要考虑静力,低周载荷以及几何非线性下退化,
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