(+)蒙皮的铺层与翼盒结构形式关系对多墙翼盒结构建议蒙皮铺层采用: "层占 )"* , -"*,& ’(层占 "* , %"*, ."层占 )"*的铺层,即铺层比()" / %" / )")层合板。对梁式翼盒结构建议蒙皮铺层采用: "层占 -"* , ’"*,& ’(占 ("* , "*, ."层占 )"*的铺层,即铺层比(’" / (" / )")层合板。(-)加筋条铺层建议加筋条凸缘顶板的铺层,建议采用的铺层比例: "层占 "*,& ’(层占 -"*,."占 )"*即铺层比(" / -" / )")。加筋条腹板一般仅采用 & ’(铺层。为满足加筋板稳定性设计需要,可适当增加
"铺层。(’)细节设计参照加筋板细节设计进行。(()总体稳定性,按手册有关公式校核。()进行承载能力、稳定性、冲击损伤容限试验验证。
•’+-•
第三篇;复合材料飞机结构设计
五、加筋板固化变形控制
复合材料层合板设计通常采用对称铺层,其目的在于消除耦合效应和减小固化翘曲变形。加筋板为了满足使用要求,必须设计成单侧加筋,从而导致加筋板结构几何不对称。对复合材料而言,层合板铺层不对称和加筋板结构几何不对称都可以引起固化翘曲变形,强迫装配必然引起装配应力、密封不好等问题,影响装配质量,甚至造成制件报废。因此,加筋板固化变形控制是加筋板设计中的一项关键技术。
复合材料层合板铺层非对称和加筋板结构几何不对称引起的固化变形控制问题实际上是一个工艺力学问题。固化变形是由于单层热膨胀系数的方向性 以及
《 "不同方向铺层之间的变形制约造成的。在固化温度(环氧树脂体系 % &"’ & ((’、双马树脂体系 )’ & "’ & "*’)下,复合材料制件贴模固化成形,而固化后,逐步降温到达室温脱模。这样 & "’的温度差造成复合材料制件产生热应力和固化变形。
由分析得知,层合复合材料控制固化变形的技术途径有 *条:"层合板采用对称铺层;加筋板面板设计成非对称铺层并使其与加筋条固化变形相反,两者互相抵消;模具修形,呈现反固化变形状态,则室温状态可得到设计外形。
固化变形控制分析从力学上讲是层合复合材料制件的热弹性变形分析。
()加筋板面板与加筋条热弹性方程
面板为层合板,根据经典层合板理论可得热弹性方程为
+,-0’1 %-
/ [ (( ]
{., } ’{}
-12 &-
式中:+,———面板热内力;
-
.,—
—面板热内力矩;
-%-———中面热应变; &-———中面热曲率; 0,1,2—
—层合板面内拉伸刚度矩阵、耦合刚度矩阵和弯扭刚度矩阵。加筋条热弹性方程只考虑沿加筋方向( 3向)方程。采用经典层合板理论给出:
+4-5
/ . 67 9:
{} {}
.4-8-
式中:; +4———加筋条热内力;
-
.4-—
—加筋条热内力矩;
7—
—等效热内力;7 / <=>(?@A@);
<=> —
—加筋条材料刚度系数;
@———热应力为零对应的温度(一般取固化最高温度);
•B"B•
" ———室温;
加筋条长度;
%& 加筋条热内力合力到面板中面的距离。
(’)加筋板固化变形控制分析
加筋固化热变形控制分析考虑到实际复合材料加筋板面板厚度、加筋条几何形状和尺寸的变化,只能采用有限数值法,将面板模型化为一般层合板元,加筋条模型化为梁元。
(()形加筋板固化变形控制分析算例
已知:
设计确定加筋条由芯子、子包贴层、主包贴层构成,其铺层方式:
芯子 ")层 ’*层;
子包贴层 ’*层、铺层顺序为[ *+,"’ , —*+,"’ ,-","’ , —*+,"’ ,*+,"’ ,-","’ ,*+, "’ , —*+ , "’];
主包贴层 .层为 / *+)铺层;
力口筋条铺层,总计有 ’*0’*1’0. 1’23*层。
设计确定面板铺层总计 ("层,铺层比为 ")层占 ’"4,/ *+)层占 ..5 64,-")层占 7(5 (4。
试按固化变形控制要求设计面板铺层顺序。
面板初步设计为对称铺层:[—*+,*+’ , —*+ , *+ , —*+ , -" , —*+ , *+ , " , -" , " , —*+ ,
*+
, "]8。
经加筋板固化变形控制分析修改后的面板铺层为非对称铺层:[—*+ , *+ , ":, *+ , —*+ , *+ , —*+ , -" , —*+ , *+ , " , -" , " , —*+ , *+ , " , *+ , —*+ , " , -" , *+ , —*+ , -" , —*+ ,
*+
, —*+ , *+ , —*+ ,一 *+]。
第三节9层合件开口设计
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