多工況下復(fù)合材料層合板開口補(bǔ)強(qiáng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

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1、第4卷第2期航空工程進(jìn)展V01.4No.22013年5月ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGMay2013文章編號(hào):1674—8190(2013)02—193—06多工況下復(fù)合材料層合板開口補(bǔ)強(qiáng)優(yōu)化設(shè)計(jì)張偉1,甘健2,王志瑾1(1。南京航空航天大學(xué)航空宇航學(xué)院,南京210016)(2.中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所,成都610091)摘要:復(fù)合材料層合板廣泛應(yīng)用于航空航天結(jié)構(gòu),其開口補(bǔ)強(qiáng)問(wèn)題一直備受關(guān)注。以含大開口的復(fù)合材料層合板為研究對(duì)象,針對(duì)拉伸、剪切、壓縮三種不同工況,分別采用不同材料和不同補(bǔ)強(qiáng)型式進(jìn)行

2、補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。以補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)重量為目標(biāo)函數(shù),采用多級(jí)優(yōu)化方法,對(duì)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)不同補(bǔ)強(qiáng)型式,不同補(bǔ)強(qiáng)材料下的重量特性進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明:在不同工況下,相較于螺接補(bǔ)強(qiáng)和共固化補(bǔ)強(qiáng),插層補(bǔ)強(qiáng)型式較優(yōu),結(jié)構(gòu)重量增加較小。關(guān)鍵詞:復(fù)合材料;層合板;開口補(bǔ)強(qiáng);優(yōu)化;多級(jí)優(yōu)化;響應(yīng)面中圖分類號(hào):TB33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AOptimizationofReinforcingStructureforCompositeLaminateswithCutoutSubjecttoDifferentLoadCasesZhangWeil,GanJian2,WangZhijinl(1

3、.CollegeofAerospaceEngineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,China)(2.ChengduAircraftDesign&ResearchInstitute,AviationIndustryCorporationofChina,Chengdu610091,China)Abstract:Compositelaminateshasbeenreceivedawideapplicationinaerospacestructures,thustherein

4、force—mentofitscutouthasverymuchbeenconcerned.Compositelaminateswithlargeopeningunderthreedifferentloadcases:tension,shearandcompressareinvestigated.TheoptimizationdesignofdifferenttypesOfreinforce—mentwithdifferentmaterialsisalsoconducted.Theparametersofreinforcedstructureareoptimized

5、tOsatisfytheobjectiveweightfunction,andthemulti—leveloptimizationmethodisadoptedduringtheoptimizationprocess.Theweightcharacteristicsofreinforcedstructurearealsocomparedandanalyzed.Theresultsshowthatunderdifferentloadcases,comparedwithboltconnectionreinforcementandco-curingreinforcemen

6、t,inter—calationreinforcementisbetterwiththeminimumweightincrease.Keywords:composite;laminates;reinforcement;optimization;multi—leveloptimization;responsesurface0引言飛機(jī)復(fù)合材料層合板的承力結(jié)構(gòu)件在實(shí)際情況下常常不可避免地需要開口,而開口會(huì)帶來(lái)開口區(qū)應(yīng)力集中,使結(jié)構(gòu)件承載能力大為降低。因此,收稿日期:2012-10—29;修回日期:2012—12—06通信作者:張偉,jsjyzhangwei@126.com

7、在飛機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中,開口補(bǔ)強(qiáng)是需要考慮的問(wèn)題。由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的敏感性,對(duì)不同工況作用下,復(fù)合材料層合板開口件采用何種補(bǔ)強(qiáng)型式的研究具有重要意義。國(guó)內(nèi)外對(duì)復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)開口補(bǔ)強(qiáng)進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究n。3],比較了各種補(bǔ)強(qiáng)材料的對(duì)稱補(bǔ)強(qiáng)效果。但是在實(shí)際應(yīng)用中,由于結(jié)構(gòu)的局限性,對(duì)稱補(bǔ)強(qiáng)常常不被采用??荛L(zhǎng)河等[4]對(duì)層合板對(duì)稱及非對(duì)稱補(bǔ)強(qiáng)進(jìn)行了理論與試驗(yàn)研究,但僅局194航空工程進(jìn)展第4卷限于插層補(bǔ)強(qiáng)一種型式。AliAl—Mansour等[51對(duì)單面貼補(bǔ)修理后層合板的拉伸性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。上述研究多針對(duì)單一的補(bǔ)強(qiáng)型式或者單一的補(bǔ)強(qiáng)材料,并未對(duì)不同補(bǔ)強(qiáng)型式之間的差

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