一種大型復合材料加筋壁板結構設計方法技術

本發明專利技術一種大型復合材料加筋壁板結構設計方法屬于飛機復合材料結構設計領域。本發明專利技術方法根據復合材料的設計許用剪應變γ和正應變ε，計算金屬材料盒段壁板的等效彈性模量E與剪切模量G的比值，根據該比值確定該考核區復合材料層壓板的鋪層比例，再根據應變情況確定考核區初步鋪層層數、角度和順序，將鋪層角度信息及材料性能數據輸入有限元模型求解應變及校核穩定性，經過迭代，確定蒙皮長桁鋪層層數、順序和角度，保證所有鋪層對稱均衡，采用數字化建模，并進行數字化三維標注、玻璃布鋪貼、材料及加工附注等信息。該發明專利技術大大縮短了大型復合材料壁板設計制造周期，同時也大大提高了產品的質量。

【技術實現步驟摘要】
一種大型復合材料加筋壁板結構設計方法
本專利技術一種大型復合材料加筋壁板結構設計方法屬于飛機復合材料結構設計領域。
技術介紹
采用傳統設計方法，在方案設計階段往往根據經驗確定壁板的鋪層比例，很不科學，且鋪層優化設計時不容易收斂，因為初值偏離真值較大，重量損失也較大。同時，傳統復合材料設計采用二維鋪層逐層畫法設計，對于鋪層變化區域較多、較復雜的大型加筋壁板，不僅難以設計，且容易出錯，同時給制造方帶來較大次生工作量，重量還統計不準等缺點。
技術實現思路
本專利技術的目的是：本專利技術首次提出了一種在方案設計階段有針對性和定量地確定復合材料壁板鋪層參數的設計方法，并首次集成了大型復合材料壁板參數設計和數字化建模，攻克了該類零件設計的難題。本專利技術的技術方案是：本專利技術方法包括如下步驟：1)復合材料尾翼主盒段主要包括前梁、后梁、上壁板、下壁板和肋。在方案設計階段確定外載壓力F。單塊式結構壁板承受較大彎矩，此時為計算方便，可以忽略梁緣條對彎矩的承擔；2)選取壁板考核區，區的大小依據分區精度考慮選取，然后取該區的中間面(即o2-o2切面)切割壁板，所得o2-o2切面的待確定鋪層參數即代表了該區的鋪層參數；3)計算外載壓力對該o2-o2切面的彎矩M和扭矩W，其中M＝Fa，W＝Fb，其中a為外載壓力F作用點(即壓心)距面o2-o2切面距離，b為壓心距盒段前后梁平面之中面(即o1-o1切面)之間的距離；4)假設考核剖面幾何參數，其中蒙皮厚度假設為t，盒段高度假設為H，前后梁之間距離為S，根據工程梁理論公式計算正應變ε和剪應變γ：將以上兩式相除，并令正應變ε和剪應變γ分別取該種復合材料的設計許用應變(許用應變假設如以下兩式所示)，計算出該壁板o2-o2切面鋪層拉壓彈性模量E與剪切模量G之比值；[ε]＝4500[γ]＝35005)根據拉壓彈性模量E與剪切模量G之比值挑選匹配的鋪層比例。然后將該區鋪層的拉壓彈性模量E與剪切模量G值帶入以上兩式確定厚度t，至此，壁板考核區之鋪層基本確定。其他區鋪層確定重復以上5步；6)將以上鋪層信息如鋪層層數、角度和順序帶入有限元總模型進行校核；7)確認鋪層信息后采用數字化建模并進行數字化三維標注。本專利技術的有益效果是：本專利技術首次提出了一種在方案設計階段有目標的定量式確定復合材料壁板鋪層參數的設計方法。本專利技術快速準確地確定了鋪層參數，具有針對性強、概念清晰和結果準確等優點，同時本專利技術將確定的壁板鋪層參數輸入相關軟件進行了數字化建模，可生成準確三維模型，方便了相關零件協調設計，采用三維標注方便工藝加工，并可快速進行重量評估，總之，該專利技術首次集成了大型復合材料壁板參數設計和數字化建模，攻克了該類零件設計的難題，并大大縮短了大型復合材料壁板設計制造周期，同時也大大提高了產品的質量。附圖說明圖1盒段受力機及尺寸示意圖圖2o2-o2考核切面具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作進一步詳細說明：本專利技術方法包括如下步驟：1)復合材料尾翼主盒段主要包括前梁、后梁、上壁板、下壁板和肋，在方案設計階段確定外載壓力F、外形、前后梁位置和所選復合材料，單塊式結構壁板承受較大彎矩，此時為計算方便，可以忽略梁緣條對彎矩的承擔；2)選取壁板考核區，區的大小依據分區精度考慮選取，然后取該區的中軸面切割壁板，所得o1-o2切面的待確定鋪層參數即代表了該區的鋪層參數；3)計算外載壓力對該o1-o2切面的彎矩M和扭矩Mt，其中M＝Fa，Mt＝Fb，其中b為外載壓力F作用點，即壓心距o2-o2切面距離，b為壓心距盒段前后梁中面之間的距離，即切面o1-o1切面之間的距離；；4)假設考核剖面幾何參數，其中蒙皮厚度假設為t，盒段高度假設為H，前后梁之間距離為S，根據工程梁理論公式計算正應變ε和剪應變γ：將以上兩式相除，并令正應變ε和剪應變γ分別取該種復合材料的設計需用應變，計算出該壁板剖面鋪層拉壓彈性模量E與剪切模量G之比值；ε＝4500μεγ＝3500με5)根據拉壓彈性模量E與剪切模量G之比值選取鋪層比例。然后將該區鋪層的拉壓彈性模量E與剪切模量G值帶入以上兩式確定厚度t，至此，壁板考核區之鋪層基本確定。其他區鋪層確定重復以上5步；6)將以上鋪層信息如鋪層層數、角度和順序帶入有限元總模型進行校核；7)確認鋪層信息后采用數字化建模并進行數字化三維標注。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種尾翼大型復合材料加筋壁板結構綜合設計方法，其特征在于，本專利技術方法包括如下步驟：1)復合材料尾翼主盒段主要包括前梁、后梁、上壁板、下壁板和肋，在方案設計階段確定盒段的壓力F，外形、前后梁位置和所選復合材料，單塊式結構壁板承受較大彎矩，此時為計算方便，可以忽略梁緣條對彎矩的承擔；2)選取壁板考核區，區的大小依據分區精度考慮選取，然后取本區的中軸面切割壁板，所得o1?o2剖面的待確定鋪層參數即代表了改區的鋪層參數；3)計算外載壓力對該o1?o2剖面的彎矩M和扭矩Mt，其中M=Fa，Mt=Fb，其中b為壓力F作用點機壓心距考核面o1?o2距離，b為壓心距盒段前后梁中面之間的距離；4)假設考核剖面幾何參數，其中蒙皮厚度假設為t，盒段高度假設為H，前后梁之間距離為S，根據工程梁理論公式計算正應變ε和剪應變γ：ϵ=σE=MHStE]]>γ=Mt2HStG]]>將以上兩式相除，并令正應變ε和剪應變γ分別取該種復合材料的設計需用應變，計算出該壁板剖面鋪層拉壓彈性模量E與剪切模量G之比值；ε=4500μεγ=3500με5)根據拉壓彈性模量E與剪切模量G之比值選取鋪層比例。然后將該區鋪層的拉壓彈性模量E與剪切模量G值帶入以上兩式確定厚度t，至此，壁板考核區之鋪層基本確定。其他區鋪層確定重復以上5步；6)將以上鋪層信息如鋪層層數、角度和順序帶入有限元總模型進行校核；7)確認鋪層信息后采用數字化建模并進行數字化三維標注。...

【技術特征摘要】
1.一種大型復合材料加筋壁板結構設計方法，其特征在于，本發明方法包括如下步驟：1)復合材料尾翼主盒段主要包括前梁、后梁、上壁板、下壁板和肋，在方案設計階段確定外載壓力F、外形、前后梁位置和所選復合材料，單塊式盒段結構壁板承受較大彎矩，此時為計算方便，忽略梁緣條對彎矩的承擔；2)選取壁板考核區，區的大小依據分區精度考慮選取，然后取該區的中間面，即o2-o2切面切割壁板，所得o2-o2切面的待確定鋪層參數即代表了該區的鋪層參數；3)計算外載壓力F對該o2-o2切面的彎矩M和扭矩W，其中M＝Fa，W＝Fb，其中a為外載壓力F作用點距o2-o2切面距離，b為外載壓力F作用點距盒段前后梁平面之中面，即o1-o1切面的距離；4)假設...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹鵬飛，
申請(專利權)人：中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所，
類型：發明
國別省市：陜西;61