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发表于 2018-9-14 08:38:29 | 显示全部楼层 |阅读模式
民用飞机复合材料设计许用值试验矩阵设计

王春寿,张冠彪,刘衰财 (中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院,上海〓201210)摘要:试验矩阵是民用飞机复合材料设计许用值试验工作顺利推进的基础,为建立民用飞机复合材料设计许用值试验矩阵设计方法,对试验矩阵的各组成要素——试验项目、试验方法、试验数量、试验件铺层以及设计许用值影响因素分别进行了研究。试验项目取决于复合材料结构分析方法,给出了各试验项目对应的试验标准;提出的铺层选取原则适用于型号各阶段的设计许用值试验工作;试验数量的确定应综合考虑结构的重要性、试验数据的处理方法和设计许用值影响因素的衡量方法。最后,通过某型民用飞机的具体案例结合所述的试验矩阵的构成要素,详细论述了民用飞机复合材料设计许用值试验矩阵的设计方法。关键词:民用飞机;复合材料;设计许用值;试验矩阵中图分类号:V214.8〓文献标识码:A〓文章编号:2095-509X(2018)07-0081-04 复合材料有着传统金属材料无法比拟的优势,如比强度高、比刚度高、可设计性强、疲劳性能好等,复合材料在民用飞机结构中的应用逐年攀升。复合材料在机体结构中的比例已成为衡量商用飞机先进性的重要指标之一。民用飞机复合材料结构的设计许用值是AC20-107B建议的复合材料结构积木式验证试验的重要组成部分,是复合材料结构设计的基础,是复合材料结构符合CCAR-25-R4 25.613条款的试验依据。 矩阵设计是决定复合材料设计许用值试验工作思路的基础,试验矩阵设计涉及的主要内容有试验项目、试验方法、试验数量、试验件铺层、设计许用值影响因素(以下简称影响因素)。本文基于笔者参与的民用飞机复合材料设计许用值试验工作,提出民用飞机复合材料设计许用值试验矩阵设计方法,为后续民机型号的复合材料设计许用值试验工作提供参考。
1〓复合材料设计许用值与民机型号研制 复合材料设计许用值用于民机型号复合材料结构的强度分析,在初步设计阶段、详细设计阶段以及型号适航符合性验证阶段,均需要设计许用值作为输入,如图1所示。因此复合材料设计许用值在民机型号研制中的地位不言而喻,并且在型号研制的不同阶段对设计许用值的需求也不尽相同:初步设计阶段,需求为基础的复合材料设计许用值,包含材料的许用值、典型铺层的设计许用值,性能一般包含无缺口拉伸/压缩强度、开孔拉伸/压缩强度、充填孔拉伸/压缩强度、面内剪切强度、连接挤压强度、冲击后压缩强度,以研发试验的形式开展设计许用值试验工作;详细设计阶段和符合性验证阶段,需求为完整的复合材料设计许用值,包含结构设计特征以及强度分析方法的每一个输入,在这一阶段以研发试验和符合性验证试验相结合的形式开展。图1中还包含开展复合材料设计许用值工作的前置条件,在初步设计阶段为预批准的材料规范、工艺规范以及结构初步设计方案;在详细设计阶段则为正式批准的材料规范、工艺规范和结构详细设计方案。2〓民机复合材料设计许用值试验矩阵 复合材料设计许用值试验矩阵中包含的要素有试验项目、试验方法、试验数量、试验件铺层、影响因素等,本文从这几个方面对复合材料设计许用值试验矩阵规划进行详细的阐述。
2.1〓试验项目 复合材料设计许用值试验项目主要依据强度分析方法确定。常用的复合材料结构设计许用值试验项目与分析方法的对应关系见表1。表1中,0°拉伸代表单向带0°或者织物经向的拉伸强度与模量试验;0°压缩代表单向带0°或者织物经向的压缩强度与模量试验;90°拉伸代表单向带90°或者织物纬向的拉伸强度与模量试验;90°压缩代表单向带90°或者织物纬向的压缩强度.....作者简介:王春寿(1987—),男,江苏扬州人,中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院工程师,工学硕士,主要研究方向为复合材料结构设计与分析。(文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系木工机械论坛客服QQ:2980918915,电话025-360)更多关注,请扫码
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