论文摘要：复合材料弹翼热强度分析与设计

 

本文以复合材料弹翼（钛合金骨架、铝泡沫填充材料、缠绕1层平纹布的6层单向带蒙皮，模压固化而成）作为研究对象，对其热强度进行了理论与试验研究，研究工作主要创新点如下：

(1) 选用钛合金制作加筋骨架，耐高温树脂BMP350聚酰亚胺树脂为基体，T800碳纤维增强的T800/BMP350作为蒙皮，铝泡沫填充蒙皮与加筋骨架之间的空隙，并采用模压工艺，制备了新的（金属）加筋-（复合材料）薄壁的弹翼结构，为弹翼结构的研制探索了一种新构型。

(2) 建立了常温条件下（金属）加筋-（复合材料）薄壁的弹翼结构的静强度与动强度分析三维有限元模型，并得到试验结果验证。在此基础上，考虑几何非线性和材料非线性，建立了（金属）加筋-（复合材料）薄壁的弹翼结构的三维传热模型和热强度分析三维有限元模型，模拟了复合材料弹翼的温度场，并分析了热强度计算。

(3) 将疲劳试验机、作动器试验器、旋转直接驱动阀、舵机、示波器、信号发生器、夹具、液压站及转接头集成在一起，搭建了舵机步进加速疲劳试验系统，既能通过疲劳试验机模拟舵机外部疲劳载荷，又能模拟舵机内部液压油施加在活塞和缸体等零件上的载荷。在此基础上，提出了基于步进加速试验的疲劳寿命评定方法，即根据步进加速疲劳试验数据，并利用材料标准形状S-N曲线的形状系数，可以获得舵机安全疲劳极限和安全S-N曲线，再根据Miner理论和疲劳载荷谱，可以评估舵机疲劳寿命。

(4) 采用8节点各向同性单元模拟母板和胶层，8节点且各节点均有3个自由度的各向异性层单元模拟复合材料补片，建立了金属板的复合材料修补件的三板模型，并提出了基于生死单元的应力求解算法，模拟了修补件渐进失效模式。采用上述模型与算法，优化了复合材料修补参数。

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