復(fù)合材料層合板開(kāi)口補(bǔ)強(qiáng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

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1、南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文表錄表3.1單層板性能常數(shù)...................................................................................18表3.2拉伸補(bǔ)強(qiáng)時(shí)響應(yīng)面建模參數(shù)...............................................................29表3.3壓縮補(bǔ)強(qiáng)時(shí)響應(yīng)面建模參數(shù)...............................................................46vii承諾書(shū)本人鄭重聲明:所呈交的學(xué)

2、位論文,是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下,獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。盡我所知,除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外,本學(xué)位論文的研究成果不包含任何他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體,均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件,允許論文被查閱和借閱,可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索,可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。(保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書(shū))作者簽名:日期:南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論[1]1.1復(fù)合材料概述1.1.1基本概念復(fù)合材料是由兩種或多種不同性質(zhì)的材料用物理和化學(xué)方法在

3、宏觀尺度上組成的具有新性能的材料。復(fù)合材料按應(yīng)用的性質(zhì)可分為功能復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)復(fù)合材料兩大類(lèi)。功能復(fù)合材料是具有特殊功能的材料,如導(dǎo)電復(fù)合材料、燒蝕材料、摩阻復(fù)合材料等。目前主要研究的是結(jié)構(gòu)復(fù)合材料,它有基體材料和增強(qiáng)材料兩種組分組成?;w采用各種樹(shù)脂或金屬、非金屬材料;增強(qiáng)材料采用各種纖維或顆粒等材料。其中增強(qiáng)材料在復(fù)合材料中起主要作用,提供剛度和強(qiáng)度,基本控制其性能?;w材料起配合作用,它支持和固定纖維材料,傳遞纖維間的載荷,保護(hù)纖維,防止磨損或腐蝕,改善復(fù)合材料的某些性能。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是使用最多的一種結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。它具有高的比強(qiáng)度和比剛度,材料具有可設(shè)計(jì)性,且制造工藝

4、簡(jiǎn)單,成本較低。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的纖維種類(lèi)主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維和芳綸纖維等?;w主要有樹(shù)脂基、金屬基、陶瓷基和碳基等。1.1.2復(fù)合材料的應(yīng)用20世紀(jì)40年代初,由于航空工業(yè)和其他工業(yè)的需要,在設(shè)計(jì)制造高性能復(fù)合材料方面有很大的進(jìn)展。玻璃鋼最早于1942年在美國(guó)生產(chǎn)和應(yīng)用于軍用飛機(jī)雷達(dá)天線(xiàn)罩,它必須承受飛行時(shí)的空氣動(dòng)力載荷,耐氣候變化,在使用溫度范圍內(nèi)制品尺寸穩(wěn)定,同時(shí)能夠透過(guò)雷達(dá)波。鋁可滿(mǎn)足強(qiáng)度要求,但不能透過(guò)雷達(dá)波,陶瓷材料則相反,而玻璃纖維復(fù)合材料兩方面能滿(mǎn)足要求,因此在飛機(jī)制造方面得到應(yīng)用。后來(lái)由于玻璃鋼彈性模量不夠,美、英等航空發(fā)達(dá)國(guó)

5、家先后研制了碳纖維、硼纖維等其他增強(qiáng)的復(fù)合材料,并得到了廣泛的應(yīng)用。在航空工程領(lǐng)域,復(fù)合材料已經(jīng)應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼、駕駛艙、雷達(dá)罩、機(jī)翼表面整流裝置、直升機(jī)旋翼槳葉等。近年來(lái)應(yīng)用復(fù)合材料的飛機(jī)例子有:1.F-18戰(zhàn)斗機(jī)。圖1.1表示飛機(jī)不同部位應(yīng)用石墨/環(huán)氧復(fù)合材料的情況,其中有水平、垂直安定面,內(nèi)機(jī)翼蒙皮,外機(jī)翼蒙皮,舵面,固定機(jī)翼后緣,火1復(fù)合材料層合板開(kāi)口補(bǔ)強(qiáng)優(yōu)化設(shè)計(jì)炮承載門(mén)等。圖1.1F-18復(fù)合材料使用情況2.波音777大型雙發(fā)動(dòng)機(jī)寬體客機(jī)。圖1.2表示飛機(jī)不同部位應(yīng)用石墨纖維和混雜復(fù)合材料的情況,其中有安定面、發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩、機(jī)翼前緣板、舵面、機(jī)翼機(jī)身整流罩,主起落

6、架門(mén)、機(jī)翼起落架艙門(mén)、頭部雷達(dá)罩等。每架飛機(jī)使用大約8400kg復(fù)合材料,占總結(jié)構(gòu)重量的10%.最顯著的是用碳纖維增韌環(huán)氧基體的大尾翼,節(jié)約重量15%-20%。圖1.2波音777使用復(fù)合材料情況3.第五代民用客機(jī)波音787。波音787機(jī)體結(jié)構(gòu)大約有50%是由復(fù)合材料制造,其中45%為碳纖維復(fù)合材料,5%為玻璃纖維復(fù)合材料,復(fù)合材料使用情況如下圖1.3所示。相比于前面復(fù)合材料只占10%的波音777,波音787的復(fù)合材料使用率大大提高了,這也使得復(fù)合材料的制造技術(shù)提高了一個(gè)層次。大面積使用復(fù)合材料不止降低了飛機(jī)重量,而且由于復(fù)合材料比鋁材更持久耐用,且減2南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論

7、文少鉚釘?shù)氖褂茫蔡岣吡孙w機(jī)的耐腐蝕性。圖1.3波音787材料使用情況由圖1.1、圖1.2和圖1.3可以看出復(fù)合材料已經(jīng)越來(lái)越多的應(yīng)用到航空結(jié)構(gòu)中,新研制的各種飛機(jī)都大量采用了它。目前,復(fù)合材料的使用率已經(jīng)成為評(píng)價(jià)飛行器先進(jìn)性的一個(gè)重要標(biāo)志。在航天工程領(lǐng)域,由于要將航天飛行器送入地球或其他軌道,必須超越第一宇宙速度——7.9km/s。按牛頓第二定律,物體得到的加速度與所受的力成正比,與其質(zhì)量成反比,即既要增加火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推力又要減輕飛行器結(jié)構(gòu)的重量,而減重必須選用先進(jìn)復(fù)合材料。圖1.4表示航

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