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T300/AG80复合材料U形结构件成型残余应力的有限元模拟

2021-03-01闫照为丁文喜

机械工程材料 2021年2期
关键词:复合材料有限元变形

杨 康,闫照为,梁 宇,王 吉,丁文喜

(1.沈阳航空航天大学辽宁省通用航空重点实验室,沈阳 110136;2.辽宁通用航空研究院设计部,沈阳 110136)

0 引 言

纤维增强树脂基复合材料具有优异的综合性能,广泛应用于大型民用飞机结构。然而,在热压固化成型过程中,工艺温度和降温速率较高,纤维增强体和树脂基体之间热膨胀系数不匹配、铺层间各向异性和温度梯度大等因素会导致成型后结构件中存在残余应力;残余应力会直接影响结构件的力学性能,并可能导致脱模后的结构件发生回弹变形,增加装配难度,甚至使结构件报废。为此,国内外研究人员在复合材料残余应力分析和测试方面开展了大量研究,并取得了丰富的成果[1-6]。杨永正等[4]率先提出通过一维表面光栅衍射光强分布与表面应变之间的理论关系,利用弹性理论求解残余应力的方法。GENTZ等[5]研究了基体老化和冷却时间对单向石墨纤维/聚酰亚胺复合材料残余应力的影响,结果表明高温对残余应力的产生有着显著的影响;DANIEL等[6]将应变片埋在对称层合板内部,测定应变变化并计算出层合板的残余应力,分析了铺层方式和顺序对残余应力的影响,并发现残余应力容易导致层合板发生横向断裂。

目前,带曲率或者大曲率薄壁结构(C形、U形、V形等结构)在民用飞机结构设计中得到广泛应用,准确预测结构件固化后的残余应力对结构设计有着重要意义。具有大型复杂曲面复合材料结构件的残余应力预测主要采用理论计算[1,7-8]和无损检测[1,4]两种方法进行;……

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