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复合材料层合板大开口结构补强设计与试验研究

李小乐  
【摘要】:随着复合材料在航空航天结构构件中的地位日益重要,由于管线排布、设备检修等功能上的要求承力构件的开口问题不可回避,大开口由于其切断纤维相对较多且开口受力参与区较大,所以开口结构中尤以大开口的补强难度最高,对于大开口结构补强技术的研究迫在眉睫。 本文首先对于各常见开口外形对于受纯剪载荷的复合材料层合方板力学性能的削弱程度进行了比对分析,不同外形尺寸的开口对于层合板结构力学性能的影响各有不同;根据文中设定的开口设计功能目标为承受纯剪切载荷的梁腹板设计了一种适合于维修人员通过的椭圆形大开口,利用有限元手段研究分析了该椭圆开口对于层合板结构的应力/应变分布及稳定性承载能力的影响,接下来对所设计的开口从静强度和稳定性方面设计了复合材料插层补强和金属补片补强两种补强方案,最后通过剪切试验研究了大开口对于层合板结构的力学行为的影响规律,对比有限元仿真计算结果与试验结果的符合度,验证所设计的两种开口补强方案的有效性并评价其补强效率的高低。 对于椭圆形大开口层合板结构的进行纯剪切试验在国内来说尚属首次。研究结果表明大开口对于层合板结构的应力应变分布及稳定性承载力的影响要大于常规中小开口;开口层合板的后屈曲承载能力非常强,最终破坏模式是失稳破坏;复合材料插层补强方案的补强效率要远远高于金属补片补强方案。


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