再有剪切應變可轉化用剪切對角線拉伸和壓縮設計許用應變表示
" +,( -. /)
( ,———修正系數取值 01 201%)。
(3)組合受力狀態下設計許用應變可采用單一受力狀態設計許用應變幾何疊加確定。(%)沖擊損傷不嚴重的部位或對沖擊損傷不敏感的部位,應根據具體情況確定該部位的設計許用值。
(")飛機結構詳細設計主要針對結構關鍵件或關鍵部位,以及高應變區危險部位進行的。為確保結構的完整性,要求確定的設計許用應變應包含更多的結構參數并體現出結構具體部位的設計要求。必要時還應進行結構件驗證試驗或修訂給出具體結構部件的設計許用應變,如機翼根部區設計許用應變等。
第三節 4設計許用應變確定方法
設計許用應變的確定各飛機公司都有其自己的方法。曾經采用過的 567( 589:; 6<8=> 7?=9<@=A<8B:)法因試驗工作量太大,已很少采用;沖擊損傷破壞門檻值法,見參考文獻,這里僅介紹一般方法,供參考。
一、設計許用應變確定方法
()拉伸設計許用應變確定
采用結構典型鋪層的開孔(" %&&孔徑)試樣和帶緊固件的試樣;單軸拉伸試驗在室溫大氣環境條件下進行足夠數量(由數據可靠性統計分析確定)的試樣試驗,并在最嚴重的使用環境條件(通常為干冷環境)下,進行一定數量的試樣試驗(有效
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數據應不少于 個);測得拉伸極限強度和斷裂應變;試驗結果經統計分析獲得拉伸設計許用應變。(")壓縮設計許用應變確定
采用結構典型鋪層的開孔( %&&孔徑)和含沖擊損傷的試樣,單軸壓縮試驗在室溫大氣環境條件下進行足夠數量(由數據可靠性統計分析確定)的試樣試驗,并在最嚴重的使用環境條件(通常為濕 ’熱環境)下進行一定數量的試樣試驗(有效數據應不少于 個);測得壓縮極限強度和斷裂應變;試驗結果經統計分析獲得壓縮設計許用應變。
(%)縱橫剪切設計許用應變確定
采用[ ( )] 層合板試樣,單軸拉伸試驗在室溫大氣環境條件下進行足夠數量
*+
的試樣試驗;在嚴重使用環境條件下進行一定數量的試樣試驗。測得剪切應變(用對角線應變表示),經統計分析獲得縱橫剪切許用應變。
二、設計許用應變的驗證
采用 %筋條加筋板試驗件,并在兩筋第中間位置制造沖擊損傷。在室溫下進行 "倍譜載疲勞試驗加載,最后測定壓縮剩余強度,記錄損傷擴展和破壞應變。此項試驗為復合材料結構驗證積木式試驗的一部分。試驗費用高,一般只進行 " ,%件。根據試驗結果與設計許用應變比較,驗證設計許用應變取值當否。
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第六章 層合板與層合件設計
第一節 層合板設計
層合板設計是復合材料結構設計中最能體現應用單層與方向相關特性,進行層合板性能剪裁設計的特有設計內容。層合板鋪層設計主要包括:選擇合適的單層鋪設角、確定各鋪設角單層的層數(鋪層比)和鋪層順序三個內容。
一、層合板鋪層設計一般原則
(")除特殊需要外,應采用對稱均衡鋪層,以避免耦合引起翅曲。如果由于設計
需要采用非對稱或非均衡鋪層時,應計及工藝變形限制。將非對稱和非均衡鋪層靠
近層合板中面,可減小工藝變形。
()單層 %方向纖維應盡可能地與層內拉伸或壓縮內力方向一致,以最大限度
地利用纖維沿其軸向所具有的高強度和高剛度特性; & ’(%方向纖維用以承受面內剪
切內力; )%方向纖維用以改善橫向強度和調節泊松比。
(*)鋪層順序的確定應是一個兼顧強度、剛度、穩定性和損傷阻抗、損傷容限等各
性能要求的折衷結果。
(’)由 ,),& ’(層構成的層合板中,任一鋪設角單層最少層數百分比一般應不
小于 +,,也可選擇,,
[ -)][ & ’(][-&’(]等鋪層方式。
(()同一鋪設角的單層不宜過多集中在一起,超過 ’層時易出現樹脂基體縱向開
裂和層間應力增高。
(+)外表面層采用織物或 & ’(%鋪層,或至少一組 ’( -) -—’(鋪層以改善損傷容
限和保持外表面層連續光滑。對仍不能滿足抗沖擊要求的部位,可局部采用混雜復
合材料,如芳綸或玻璃纖維與碳纖維混雜,以提高局部抗沖擊能力。
二、層合板設計方法
層合板設計方法隨著復合材料在飛機結構上應用的不斷擴大,而逐步發展完善。 •’")•
早期采用等代設計,又稱等剛度設計。將準各向同性層合板,等剛度替換鋁合金板,而取得 " %的減重效果。故當年有人稱復合材料為“黑色鋁”。
準網格設計方法,要考慮復合材料中纖維的承載能力,并按平面應力 &,",&’,的大小分配各鋪層方向的纖維數量。此法也可稱為應力比設計方法。這是一種按載荷大小進行的初步設計方法,所得結果可供層合板初步設計參考。
層合板毯式曲線設計方法和排序設計法是以經典層合板理論為依據進行的以剛度為主的設計方法。按經典層合板理論建立的層合板剛度與強度分析流程圖。—般情況下,層合板設計選擇 "(,)"(,* +%(,—+%(共 +種鋪層,建立[", -+%,)"]系列層合板的面內模量和強度的關系曲線,即毯式曲線。使用毯式曲線即刻可查到所要求模量(或強度)對應的 "(,-+%(,)"(鋪層的比例,供初步設計應用。因為,毯式曲線沒有計及鋪層順序的影響。排序法設計是利用計算機排列出不同順序[", -+%,)"]系列層合板性能,供設計選擇。
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