整体加筋壁板裂纹轨迹模拟及控制

论文摘要

整体加筋壁板是现代飞机结构中最常见的典型结构形式,广泛适用于机身及翼面结构。但其损伤容限设计和断裂力学特征与传统的蒙皮与长桁铆接结构相比有很大的不同,为保证飞机损伤容限长寿命的设计要求,如何能避免整体加筋壁板裂纹贯穿筋条扩展,使之在靠近筋条根部时发生裂纹转折和止裂现象是目前整体加筋壁板设计的关键问题所在,因此整体加筋壁板的断裂特征研究是目前工程上的一个重要问题。本文从国外的理论研究及试验入手,其中理论包括裂纹转折理论和粘聚区理论,试验包括波音壁板试验和双悬臂梁断裂试验。在此基础上,分析整体加筋壁板的裂纹扩展轨迹及裂纹止裂的控制问题。本文应用有限元模拟数值分析方法,结合裂纹扩展方向判据对整体加筋壁板裂纹的扩展轨迹进行了模拟,对比试验结论证明了模拟结果和模拟方法的有效性。并详细讨论了不同的筋条参数对应力强度因子和裂纹转折性能的影响。并通过粘聚区渐进损伤模型分析了影响整体加筋壁板止裂性能的筋条参数,通过对于不同参数下模型的计算结果对比,表明筋条刚度对裂纹止裂有显著影响。本文所采用的分析方法及计算结论对于飞机整体加筋壁板损伤容限设计具有重要的理论指导意义和工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 裂纹扩展数值模拟研究方法
• 1.2.1 有限元法模拟裂纹扩展
• 1.2.2 扩展有限元法模拟裂纹扩展
• 1.2.3 无网格法模拟裂纹扩展
• 1.3 裂纹扩展分析软件介绍
• 1.4 论文各章主要内容介绍
• 第二章 裂纹转折理论及其在整体加筋壁板的应用
• 2.1 引言
• 2.2 二维及薄壁结构的裂纹尖端场
• 2.3 基于最大切向应力理论的裂纹扩展方向判据
• 2.3.1 纯I 型条件下，裂纹扩展路径的稳定性
• 2.3.2 复合模式下裂纹扩展角
• c 介绍'>2.3.3 判据距离r_c介绍
• 2.3.4 T-应力介绍
• 2.3.5 各项异性问题
• 2.4 几何非线性和材料非线性下的裂纹扩展方向判据
• 2.4.1 几何非线性问题
• 2.4.2 材料非线性问题
• 2.5 双悬臂梁（DCB）断裂试验
• 2.5.1 双悬臂梁试验介绍
• 2.5.2 DCB 数值模拟结论
• 2.6 整体加筋壁板裂纹扩展轨迹模拟及控制分析
• 2.6.1 简单壁板模型及结论
• 2.6.2 整体壁板模型及结论
• 2.7 基于ABAQUS 裂纹自动扩展程序的二次开发
• 2.7.1 二次开发简介
• 2.7.2 程序功能介绍
• 2.7.3 一个简单算例
• 2.8 总结
• 第三章 粘聚区理论及其在整体加筋壁板的应用
• 3.1 引言
• 3.2 拉伸-分开法则
• 3.3 单元介绍
• 3.4 确定粘聚区模型参数
• 3.4.1 确定粘聚区应力
• 3.4.2 确定粘聚区能量
• 3.4.3 确定其他断裂的粘聚区参数
• 3.5 整体加筋壁板三维粘聚区模型及结论
• 3.6 总结
• 第四章 总结与展望
• 4.1 论文总结
• 4.2 存在问题与工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文