● 摘要
先进复合材料在现代飞机结构中大量应用,复合材料的应用部位和用量已经成为衡量飞机结构先进性的重要指标,而翼面结构由于检查维修、安装通路等设计要求,开口是不可避免的。因此,复合材料翼面结构开口设计研究就显得尤为必要。
本文先总结了复合材料结构开口区别于传统金属材料结构开口的特点和设计要求,为开口的设计奠定理论的基础。然后,通过理论近似计算和有限元模拟,分析开口对复合材料翼面结构力学性能的影响,为开口设计提供结构力学性能上的参考。在此基础上,通过有限元模拟,以翼面结构的应力集中以及压缩和剪切的稳定性为标准,重点研究了开口几何尺寸、补强形式和补强设计参数对补强效果的影响,得到各补强方式的适用条件,以及补强设计时各补强参数的选取原则。最后,从加入受力口盖、在大开口周围布置加强筋以及改变补片铺层比例三方面对开口结构补强区进行了优化设计研究。
综上,本文对复合材料翼面结构开口设计进行了基础性和细节设计研究: 总结了复合材料结构开口特点;给出了开口对复合材料结构力学性能的影响作为开口设计的力学参考; 提出了复合材料翼面结构各补强形式的适用条件以及补强设计时各补强参数的选取原则;提出加入受力口盖及优化口盖形式能增强开口补强作用, 在翼根大开口周围布置加强筋能有效提高整个翼盒的强度和刚度,给出了补片铺层比例的工程快速设计方法。对复合材料翼面结构开口设计有基础的指导和参考意义。
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