复合材料缝编肋片的分析-OALib.PDF

第 15 卷 第 2 期 复 　 合 　 材 　 料 　 学 　 报 V o l. 15　N o. 2 1998 年　 5 月 A CTA M A T ER IA E COM PO S ITA E S IN ICA M ay　 1998 复合材料缝编肋片的分析 成传贤 (北京航空航天大学飞机设计研究所, 北京100083) 摘　要　为了提高复合材料机翼的整体强度和刚度, 降低制造成本, 机翼的主要结构件采用缝编 技术。肋片由肋腹板、缘条组成, 它是由整块缝编层合板剪裁加工制成。肋水平缘条和垂直缘条分 别缝纫于蒙皮及桁腹板上, 桁缘条也缝纫于蒙皮上。采 R TM 工艺成型。当在肋腹板方向施加拉力 后, 肋水平缘条和蒙皮之间存在着剪应力, 引起层合板的分层, 肋垂直缘条和桁腹板之间存在着拉 应力, 引起它们之间的撕裂。采用了二维和三维有限元混合模型进行分析, 获得了肋水平缘条与蒙 皮、以及肋垂直缘条与桁腹板交界面上的应力分布, 并由试验研究验证了分析计算的正确性。 关键词　复合材料, 缝编技术, 应力分析 中图分类号　 3 16, 3 18 O O 　　具有比强度比刚度高的复合材料, 已广泛应用于航空航天工程。某机机翼采用全复合材料 盒式结构, 用先进的缝编技术, 使得机翼上主要结构件成为整体, 无螺钉或铆钉连接。当机翼上 有外载荷作用时, 相应地肋片上会受到拉伸、压缩、剪切和它们的组合载荷。其中压缩载荷不易 引起肋片的损伤, 而拉伸和剪切载荷会引起复合材料层合板的撕裂和分层。本文中介绍了肋片 的结构和缝编设计, 它由一块缝编织物的层合板, 经过加工、剪裁制成。肋的水平缘条缝纫在蒙 皮上, 肋的垂直缘条缝纫在桁腹板上。当沿着腹板方向作用拉伸载荷后, 先采用二维有限元模 [ 1 ] 型, 然后采用二维和三维有限元混合模型, 由A BA QU S 有限元软件包 进行分析, 获得各种 数据文件和图形文件。同时, 也制成试验件, 进行试验研究, 验证计算的正确性。 1　肋片的结构及缝编设计 　　在机翼上取有肋、桁条和蒙皮组成的结构 如图1所示, 蒙皮长度460 。肋片由腹板、水 mm 平缘条和左、右垂直缘条组成。肋腹板的铺层 ( ) ( 为[ ±450 90 ] , 肋缘条的铺层为 ±45 2 s 2 0 90) 。因此, 肋片实际是一块缝编织物层合 2 s 板的剪裁结果。肋水平缘条与蒙皮缝编在一 起, 肋垂直缘条与桁腹板缝编在一起, 桁缘条 也和蒙皮缝编在一起。这些缝编线的垂直距离 图1　肋、桁条和蒙皮结构 F ig. 1　St ru ctu re o f in terco sta l, st r inger s and sk in 为5. 08 , 缝编线为 ( ) mm K ev lar 芳纶 。蒙皮铺层 　　收修改稿、初稿 日期: 1997—09—13, 1997—03—25 126 复　合　材　料　学　报 第 15 卷 为[ ( ±450 90) ] , 桁腹板铺层为[ ( ±450 90) ] , 桁缘条铺层为[ ( ±450 90) ] 。这些部 2 s 6 2 s 8 2 s 4 件在缝编完后, 采用R TM