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含损伤复合材料结构修补技术研究及软件开发

作　者: 杨晓宁
导　师: 赵美英
学　校: 西北工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 复合材料层压板剩余强度修补补片参数分析计算软件
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
下　载: 214次
引　用: 5次
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内容摘要

本文对含损伤复合材料层压板及其修补结构在单向拉伸载荷作用下的剩余强度进行了计算，同时对补片参数对修补效果的影响做了一些研究和探讨，主要做了以下几个方面的工作： 1．建立含孔和裂纹复合材料层压板的二维有限元模型，编写有限元程序计算损伤板在单向拉伸载荷作用下的剩余强度； 2．用三个算例来验证有限元模型和程序的有效性，结果表明本文建立的有限元模型和编写的有限元程序具有比较高的精度，能够用于工程计算； 3．用所建立的二维有限元模型和编写的有限元程序计算损伤板及其修补结构的剩余强度，并分析了修补参数对修补效果的影响；根据本文计算得到的修补参数对修补效果的影响曲线，可以得到如下结论： ·对于含孔复合材料层压板，当圆形补片与母板铺排顺序相同、直径为损伤孔直径2～3倍、相对厚度为100％时能够获得比较好的修补效果。 ·对于含裂纹复合材料层压板，长方形补片的长度和宽度对修补效果没有非常明显的影响，因此在保证连接边距、间距和端距的条件下，补片大小的选择应该以节省重量为原则；而当补片的铺排顺序与母板相同、相对厚度为100％时能够获得比较好的修补效果。 4．用面向对象方法开发出一套适合于工程应用的软件。

全文目录

第一章绪论  9-22
  1.1 复合材料发展概况  9-11
  1.2 复合材料结构的损伤及损伤特性  11-16
    1.2.1 复合材料结构的损伤分类  11-14
    1.2.2 复合材料结构的损伤特性  14-15
    1.2.3 复合材料结构的损伤检查  15-16
  1.3 复合材料结构的损伤处理  16-18
  1.4 飞机复合材料损伤容限设计思想  18
  1.5 复合材料受损结构件修补的重要性和必要性  18-19
  1.6 复合材料结构损伤修补方法  19-22
第二章含孔和裂纹复合材料层压板的剩余强度计算  22-39
  2.1 解析法  23-27
    2.1.1 含椭圆孔各向异性板的应力场  23-25
    2.1.2 含圆孔正交各向异性层压板在单向拉伸载荷作用下的孔边应力  25-26
    2.1.3 含中心裂纹正交各向异性层压板裂纹尖端附近应力  26-27
  2.2 有限元法  27-31
    2.2.1 有限元素法的概念  27-29
    2.2.2 平面四节点等参元  29-31
  2.3 破坏判据  31-33
  2.4 程序实现  33-35
  2.5 算例分析  35-39
第三章含孔和裂纹复合材料层压板的修补技术研究  39-57
  3.1 受损结构螺接修补有限元模型  39-40
  3.2 对含孔结构的修补参数分析  40-48
    3.2.1 补片直径对修补效果的影响  41-42
    3.2.2 补片厚度对修补效果的影响  42-45
    3.2.3 补片铺层方式对修补效果的影响  45-46
    3.2.4 铆钉数量对修补效果的影响  46-48
  3.3 对含裂纹结构的修补参数分析  48-55
    3.3.1 补片大小对修补效果的影响  48-50
    3.3.2 铆钉位置对修补效果的影响  50-52
    3.3.3 补片厚度对修补效果的影响  52-54
    3.3.4 补片铺层方式对修补效果的影响  54-55
  3.4 小结  55-57
    3.4.1 修补含孔复合材料层压板的圆形补片的选择  55-56
    3.4.2 修补含裂纹复合材料层压板的长方形补片的选择  56-57
第四章软件开发  57-83
  4.1 软件简介  57-61
    4.1.1 软件功能简介  57
    4.1.2 编程语言  57-58
    4.1.3 操作系统  58
    4.1.4 开发平台  58
    4.1.5 开发方法  58-59
    4.1.6 软件内容  59-61
  4.2 数据输入模块的设计与实现  61-67
    4.2.1 数据输入概述  61
    4.2.2 母板参数输入  61-63
    4.2.3 补片参数输入  63-65
    4.2.4 数据输入模块的输入文件  65
    4.2.5 数据输入模块的输出文件  65-67
  4.3 计算模块的设计与实现  67-71
    4.3.1 设计与实现  67-69
    4.3.2 计算模块的输入文件  69
    4.3.3 计算模块的输出文件  69-71
  4.4 软件后置处理模块的设计与实现  71-74
    4.4.1 计算结果输出界面  71-73
    4.4.2 后处理模块输入文件  73-74
  4.5 软件运行示例  74-83
    4.5.1 软件开始运行  74-75
    4.5.2 损伤板剩余强度的计算及其结果显示  75-79
    4.5.3 修补结构的剩余强度计算及其结果显示  79-83
第五章总结与展望  83-86
  5.1 本文工作总结  83-84
  5.2 展望  84-86
参考文献  86-89
致谢  89

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