T800級碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料設(shè)計、分析及成型工藝方案研究.pdf

1、先進(jìn)復(fù)合材料由于具備強度高、重量輕、抗疲勞特性好等特點，在航空航天結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用，目前在航空航天領(lǐng)域主承力結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用樹脂基碳纖維復(fù)合材料，本文在借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗，全新設(shè)計了某型飛行器近全復(fù)合材料機翼，并且使用Patran/Nastran通用商業(yè)化有限元分析軟件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化。
　　為明確相關(guān)概念，本文介紹了最優(yōu)化的概念和基本原理，對設(shè)計變量、約束條件、目標(biāo)函數(shù)等進(jìn)行了解釋。并對本文使

2、用的有限元分析軟件Nastran的優(yōu)化分析原理進(jìn)行了介紹，說明了使用Nastran進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一般過程。介紹了穩(wěn)定性的基本概念，并簡單闡述了分析軟件Nastran的屈曲分析原理。通過對矩形平板和機翼典型結(jié)構(gòu)加筋壁板的穩(wěn)定性分析發(fā)現(xiàn)：①無論是有限元分析還是理論計算都表明，結(jié)構(gòu)屈曲應(yīng)力隨邊界支持剛度的增大而增大（固支＞簡支＞自由），因此在進(jìn)行機翼設(shè)計時應(yīng)對易發(fā)生屈曲的部位提供大剛度支持；②Nastran有限元分析與理論計算值非常接近，僅在

3、兩邊自由的情況下百分比偏差較大，但實際屈曲應(yīng)力仍相差不大，故可認(rèn)為Nastran軟件的計算結(jié)構(gòu)能夠應(yīng)用于屈曲分析；③非承載變簡支條件下加筋壁板靜力計算和屈曲計算結(jié)果略低于固支約束條件，但計算結(jié)果十分接近；④在非承載邊自由條件下，加筋壁板屈曲載荷較低，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)重點考慮防止屈曲過早發(fā)生。
　　根據(jù)設(shè)計約束條件，采用T800/803復(fù)合材料設(shè)計了某型飛行器機翼結(jié)構(gòu)。并對整體機翼成型過程進(jìn)行了說明。根據(jù)設(shè)計結(jié)果對機翼強度進(jìn)行了估算

4、，得到了機翼應(yīng)變分布。為提高結(jié)構(gòu)承載能力、降低結(jié)構(gòu)重量，還以結(jié)構(gòu)重量最小為目標(biāo)，采用Nastran軟件對機翼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，通過優(yōu)化分析發(fā)現(xiàn)：①在現(xiàn)有約束下完成機翼結(jié)構(gòu)設(shè)計時可行的，同時對結(jié)構(gòu)成型過程的分析也表明機翼結(jié)構(gòu)制造工藝性良好；②機翼結(jié)構(gòu)初步強度分析結(jié)果表明結(jié)構(gòu)傳力路線基本合理，翼身連接滿足設(shè)計要求；③通過定義有限元模型的設(shè)計變量、目標(biāo)函數(shù)、約束，選定優(yōu)化目標(biāo)，使用Nastran對結(jié)構(gòu)優(yōu)化是可行的，且優(yōu)化效果明顯，本機翼重量僅為