复合材料蒙皮-加筋大开口结构优化设计.pdf

复合材料蒙皮－加筋大开口 结构优化设计摘要：采用有限元法对复合材料蒙皮－加筋大开口结构进行了优化设计，研究孔边补强和加筋补强对大开口结构屈曲特性的影响。 结果表明：孔边翻边补强可使应力集中远离孔的自由边，增加翻边深度和宽度皆能提高屈曲载荷；采用共固化加筋要比整体加筋效果明显，同等条件下，优先考虑低而密的筋条布置，同时增加横向筋的数址。 关键词：复合材料；大开口；翻边补强；屈曲；数值模拟；优化设计 中图分类号：TB332 文献标识码： A 文章编号：1001-4381(2011) 04-0009-05 Abstract: The optimized design of composite skin-stiffened structure with large cutout was conducted by finite element method. The effect of cutout reinforcement and stiffened reinforcement to the buck­ling load was investigated. The results show that stress concentration is far away from the free edge of hole after flanged reinforcement. The buckling load enhances with increasing both flanged depth and width. The co-cure stiffened is better than integral stiffened. At coordinative condition, the low and dense stiffener is recommended, as well as increasing transverse stiffeners. Key words: composite; large cutout; flanged reinforcement; buckle; numerical simulation; optimized de­Slgn 由千具有优异的比强度、比刚度以及结构、性能可设计性，复合材料巳广泛应用于航空航天结构中，大量使用先进复合材料是未来飞机机体结构设计的突出特点[I］。 为了满足使用性和维修性要求，在飞机机身蒙皮、机翼壁板、中央翼展向梁等结构中，通常要设计各种开口。 开口会引起构件局部的应力集中，同时会切断纤维的连续性，大幅度削减复合材料结构的承载能力，直接影响到结构的使用寿命和安全裕度。 因此，对复合材料开口补强进行研究，一直是国内外相关研究人员关注的重点之一。 Kumar 等[2] 研究了复合材料开口结构的振动、屈曲和动态失稳问题。 姜云鹏等[3]研究了复合材料开口翻边补强的压缩性能，发现破坏首先在翻边补强过渡区圆角处发生，采用非线性有限元法预测了损伤扩展，与实验结果吻合很好。 Liu等臼］基千Tsai-Hill强度准则，采用固定网格有限元 法，对复合材料结构多个开口进行了优化。王毅等[5]' 朱西平等[6]和韩小平等[7,8]研究了复合材料开口缝合补强的静拉伸性能，发现缝纫对单拉伸载荷状态下构件强度的提高没有明显作用，缝纫导致孔边应力集中增大，产生“缺口强化“现象。Guo[9]采用实验与有限元法结合，研究了不同增强方式对复合材料开口在承受面内剪切载荷下的孔边应力集中和屈曲响应的影响，发现对千小开口结构，双面加厚增强最有效。 以上复合材料开口补强研究大多只涉及小开口或中等开口的补强问题。 对千飞机机翼、机身、中央翼等的复合材料大开口结构，不仅要对开口处进行补强处理，同时，还要进行加筋补强。 对千加筋补强后的大开口结构，不仅传力路线会重新分布，而且其