先进复合材料帽形加强肋的设计与应用

作者：刘芳芳 李晓丹 高赫 丁新静

欢迎访问e展厅 展厅 2 CAE/模拟仿真展厅 通用有限元分析软件, 结构分析软件, 动力学分析软件, 声学分析软件, 板料冲压成形模拟软件, ... 1 前言 近代工程结构，特别是航空航天结构的飞速发展，迫切需要尽可能的减轻结构质量和节省材料，同时又能满足结构的安全可靠和使用性能的要求。因此，复合材料加肋壳越来越多地被航天结构所采用，这种结构比普通的复合材料板壳结构进一步减轻了结构质量。为了合理地运用这种结构形式，对于复合材料薄壁构件的分析计算已成为结构设计中的一项重要的内容。 先进复合材料帽形胁是复合材料薄壳加胁结构中最常采用的加肋形式。复合材料薄壁梁可认为是由复合材料板条组成的构件，由于复合材料的可设计性，制成的薄壁梁更能充分发挥材料的效能。 本文利用ANSYS 软件分析和设计复合材料加强肋，编撰的APDL 语言，设计方法完全可应用于解决工程问题。 2 复合材料帽形加强肋设计 复合材料帽形加强肋在复合材料薄壳加肋结构中应用广泛。这种结构形式的面板主要受面内力作用，面板的铺层情况受内力的情况而定。 复合材料帽形加强胁的设计不但要进行结构设计包括刚度、强度的设计，还要考虑工艺设计。采用经典层合板理论，合理设计单向板的铺层，减少制造过程中残余应力带来的复合材料帽形加强肋的翘曲，缩口的变形。 在工程应用中常发生先进复合材料帽形加强肋变形过大无法进行装配的实例，对此结构重新分析和计算，在计算结果与试验结果一致的基础上，为此结构设计了新的铺层。 2.1 结构简图 复合材料帽形加强肋长300mm，截面尺寸如图1。 2.2 材料参数 设计参数的选取关系到理论计算与实验结果的一致性，设计参数直接关系到设计的准确性，设计参数越接近制品的实际性能参数，设计结果也就越可靠，因此选取有效的设计参数是至关重要的。计算数据如表1。 2.3 有限元模型 采用SHEll99八节点层结构壳单元，此单元专门用来分析复合材料薄壳结构。此单元以经典层合板理论为基础。 2.4 载荷 (1)提取复合材料帽形加强肋构成的薄壳加肋结构中的加强肋承受的实际载荷； (2)模拟固化过程，复合材料帽形加强肋各向异性结构由100℃降温至20℃。 3 计算结果与试验结果对比 本文分析了多种铺层性的加强肋由于固化热应力产生的各种变形，表2例举了三种铺层设计和实际产品变形的对比数据。图2给出了铺层1的变形，图3给出了铺层2的变形，图4给出了铺层3 的变形。由表2可以看出，通过合理铺层设计，完全可以控制先进复合材料帽形肋由于国化热应力产生的变形。 4 结论 4.1 通过ANSYS 软件对先进复合材料帽形肋进行铺层设计，可以有效控制产品由于固化热应力产生的各种形变。 4.2 通过试验值与理论计算值的比较，说明本计算方法较为准确，可以解决实际工程问题。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/3/2008)