复合材料高阶理论及飞机典型结构虚拟分析

论文摘要

本文首先回顾了复合材料层合板理论的研究现状及有限元分析软件的应用情况,并对现有的层合板理论,包括被引入有限元分析软件的一阶理论在内的理论研究成果进行讨论,结果表明:由于现有理论不满足层间应力层间连续条件,在某些条件下使用有限元软件模拟的精度下降;整体-局部高阶理论具有能够不需任何后处理,直接通过本构方程准确计算层间应力等诸多优势,可以弥补在复杂边界条件下,无法使用三维弹性解进行准确度对比的问题。因此,本文使用C0型角铺设整体-局部高阶理论分析典型算例,并采用整体-局部高阶理论计算结果及三维弹性解共同检验ABAQUS单元性能及适用范围,得出结论:使用ABAQUS模拟较薄复合材料层合板的弯曲响应,可以得到相对准确的结果,而当前应用于工程的层合板结构多为较薄结构,所以,在工程上使用ABAQUS模拟层合结构是可行的。最后,本文使用ABAQUS对飞机某机构件进行了有限元模拟分析,并得到结果:在同刚度要求下,使用复合材料代替金属材料减重幅度可达86%,且可以同时兼具其他复合材料的优异性能。通过高阶理论应用、算例分析对比,本文为复合材料层合板理论发展及ABAQUS工程实践模拟提供经验,并且对复合材料层合板应用于飞机设计提供一些理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 航空复合材料层合板应用情况
• 1.1.2 有限元软件应用现状
• 1.1.3 复合材料层合板理论的发展
• 1.2 本文研究内容
• 第2章 层合板理论研究
• 2.1 现有层合板理论成果回顾
• 2.1.1 未预先满足层间应力连续的等效单层板理论
• 2.1.2 满足层间应力连续条件的锯齿理论
• 2.2 整体-局部高阶理论探讨
• 2.2.1 整体-局部高阶理论
• 2.2.2 C0 型角铺设整体-局部高阶理论推导
• 2.2.3 数值算例
• 2.3 小结
• 第3章 层合结构静力问题 ABAQUS 分析及数值结果比较
• 3.1 ABAQUS 基本分析过程
• 3.2 正交简支层合梁的弯曲响应
• 3.2.1 算例
• 3.2.2 算例单元类型选择及网格划分
• 3.2.3 复合材料简支梁分析过程
• 3.2.4 复合材料简支梁分析结果
• 3.3 固支角铺设层合板的弯曲响应
• 3.3.1 算例
• 3.3.2 算例单元类型选择及网格划分
• 3.3.3 固支角铺设层合板分析过程
• 3.3.4 固支角铺设层合板分析结果
• 3.4 小结
• 第4章 某新型飞机发动机叶片有限元虚拟分析
• 4.1 概述
• 4.2 有限元分析过程
• 4.2.1 材料模型及各参数设定
• 4.2.2 模拟结果
• 4.3 结果分析及小结
• 第5章 总论
• 5.1 结论
• 5.2 论文不足及前景预测
• 附录1 各参数的详细描述
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文