便。以圆形和椭圆形开口(开孔)切断纤维少,受力合理、应力集中小、易加工,为最佳开口几何形状。()开口设计与开口尺寸密切相关开口按几何尺寸,大致可分成小开口、开口、大开口三种开口类型。三者受力特点不同,补强要求亦不相同。
小开口开口孔直径 " "%%,如管线通过孔、窥视镜检查孔等。孔径 &板宽比为 "’ 左右一般情况下,小开口不要求补强。因为,目前设计许用应变按冲击损伤无扩展确定,剩余强度大,足以承担开口边缘应力集中引起的应力增加。
"开口开口孔直径 (" )"%%,如处于复杂应力状态下的蒙皮壁板开口和处于剪切应力状态下的梁、肋、框、腹板开口孔等。开口不切断加筋条、桁条或腹板立柱。孔径 &板宽比为 "’ *左右。开口区应力,一般通过含孔板应力分析确定。采用开口补强措施大多可恢复到 ("+ ,"+的原有强度。
大开口开口孔直径 )*"%%以上,一般要切去加筋条间蒙皮,有时还切断加筋条或桁条,形成壁板大口盖开口。开口区应力需要通过大开口参与受力分析确定。开口参与受力区长度应足以满足载荷传递要求。大开口应进行专门的开口参与区补强设计。
()开口补强措施多种多样,有补片补强、下陷口框补强,孔边包边、孔边软化等,应视具体结构要求而定。
二、开口补强设计要求
开口设计的核心是开口补强设计。开口补强设计要求,主要有以下两点:())开口部位经补强后,其承载能力应恢复到满足结构承载能力要求。同时,开口补强区初始破坏(-.-)到最终破坏( -)之间应有不小于 )’ *安全系数的强度储备。()补强措施应工艺可行,质量可靠,补强增加的重量要尽可能地小。
三、开口补强设计
开口补强设计因开口补强措施不同而异。在多种开口补强措施中,开孔补片补强应用较多,故将对其进行重点讨论。())开孔补片补强设计开孔切断纤维,采用开孔处补片加固,可获得很好的补强效果,在条件允许情况下,应优先采用。 开孔补片补强方式开孔补片补强方式有:开孔两侧补片对称补强、开孔单侧补片非对称补强,补片可以插层补在开孔铺层内,也可贴补在开孔板上。实践表明:开 •/(•
孔补片两侧插层补强效果最佳。 开孔补片补强设计程序开孔补片补强区几何尺寸定义开孔片补强设计主要内容是确定 (补片厚度 "-" )和 %以及补片铺层方式
等。开孔直径与板宽度之比 &’(是开孔补片补强设计中的重要参数。含孔层合板强度分析指出,孔边应力集中系数 ),以及破坏强度 ,+
最先一层破坏强度 *+*+(第二
拐点强度)均与开孔补片补强设计也采用按使用载荷设计,按设计载荷校核的原则。开孔补片补强设计程序如下:母板根据其所承受面内载荷 -.,-/,-./ 0 0(一般 -./》-.,-/)和母板材料,设计
出母板层合板厚度 1和铺层顺序。母板宽度 (和开孔直径 &由结构给定。根据 &’(,通过开孔层合板计算或手册查表获得孔板应力集中系数 )开孔补强设计的使用载荷 -.2,-"2,-."2按应力集中系数放大面内载荷求得。 -.2 ) •-
.
-/2 ) •-/
-./2 ) •-./
设计载荷 -.%,-/%,-./%按使用载荷乘以安全系数 3确定
-.% 3) •-
.
-/% 3) •-/
-./% 3) •-./补强片材料一般与母板材料相同。根据 -.2,-/2,-./2按无孔层合板设计,求出补片区厚度 ",并用设计载荷进行强
度校核。补片直径 %应保证补片贴补时有足够的层间剪切强度,考虑圣维南原理,一般取
%’&456 7158。据资料介绍,对多种开孔补片补强板分析结果指出: &’(85 96时,采用圆形补片开孔补强效果较好。 &’( 08596时,宜采用开孔影响区全宽度补强效果较好。开孔补片补强区的铺层应与母板铺层相协调;同时,在补强区边界处,应设计一
个厚度变化过渡区,保持刚度均匀过渡。开孔补片补强工艺过程:补片与制件(母板)一起铺贴,待共固化后,再制孔。
(1)下陷口框补强下陷、加强槽是金属构件常用的增加板材刚度、提高稳定性的措施。带口盖的开
口,需要采用下陷,留出口盖安装空间,保证表面平滑。一般下陷强度和刚度有限,而 •91:•
增加口框补强。
由于下陷过渡区存在偏心力矩,而且下陷愈深,偏心力矩愈大。这种偏心力矩容易造成过渡区折角处出现分层。复合材料层合板下陷应在铺贴预浸料时制好,再经固化成形,层合板一经固化,则不能再制下陷。同时,下陷补强口框也应在铺贴预浸料时插层补强,可取得最佳补强效果。开口制孔可在固化后进行。
()其他开口补强措施翻边,包边等常用的开口边缘加固方法,有效地提高开口边缘刚度、强度,减小应力集中和边缘分层。
四、大开口补强设计
(")大开口部位载荷参与受力分析大开口部位处载荷的传递,轴力通过剪切方式传递。板宽度为 ,长度为 。由
板平衡条件可得
%& ’ " & ( ( ’ " &
式中: ( )板厚。
即 & ’ " &
%
这个简单的例子说明板的全部轴向载荷通过剪切方式传递时,剪应力与正应力关系。对复合材料层合板而言,铺层比( *+,* ./ ,*0+)’(+1 /,+1.,+1")时,若 " , ’
-
.,则可得, ’%"&& ’%说明,复合材料层合板大开口部位的载荷参与区为 ’%,比金
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