开口对受剪复合材料层合板受力特性影响的研究

【摘要】：复合材料比强度、比刚度高,抗疲劳性能好,因此,越来越广泛地应用在航空、汽车和许多工程结构中,尤其是在航空领域。使用复合材料不但可明显减轻飞机结构重量,提高其结构疲劳寿命,还可提高结构效率,改善特定的气动性能,提高战斗机的作战性能。因此,在过去的三十年里,复合材料在军用、民用飞机上的用量不断增加。 复合材料在飞机结构上的用量增加的同时,在飞机结构中的使用范围也不断拓宽,使用部位从受力不大的部件如整流罩、前后缘、扰流板等次承力部位,到受力很大的水平安定面、垂直安定面、机翼等。随着复合材料的广泛应用,也会遇到一些新的问题。比如,在机翼结构中,尤其是在带整体油箱的机翼结构上(蒙皮、梁、肋),由于使用要求,如保证油路、工艺施工、检查维修、设备安装、管道通过等,不可避免要在结构上布置各种类型、大小不同的开口或开孔。开口会改变结构的受力特性。因此有必要对复合材料层合板开口进行仔细的研究。 本文主要针对受剪切载荷作用的复合材料层合板,运用工程软件NASTRAN计算分析了多种开口形状、开口角度、开口圆角大小等对层合板应力、应变集中以及稳定性的影响。得出开口对层合板刚度、强度影响很大,并且在开口面积大小相等的条件下,各种形状的开口对层合板的影响各不相同。开口角度对于开口形状集中的层合板影响不是很明显,但对开口形状相对细长的层合板,开口角度对其承载能力以及稳定性有着显著的影响。层合板开口圆角可以有效地降低应力、应变集中水平,并且随着圆角半径的增加,应力、应变集中都会相应减小,而屈曲临界载荷相应地增加。