飛機復合材料結構分析與優(yōu)化設計

內容概要

　　《飛機復合材料結構分析與優(yōu)化設計》介紹了飛機復合材料結構的關鍵分析技術和優(yōu)化設計技術。分析技術涉及雙曲度壁板、中厚板、變厚度厚蒙皮、層合板開口縫合補強、連接件、纖維纏繞復合材料、復合材料力學性能分散性、機頭天線罩穩(wěn)定性和機翼氣動彈性的分析。優(yōu)化設計技術涉及參數(shù)化設計技術、機翼綜合優(yōu)化設計以及雷達罩鳥撞和冰雹沖擊優(yōu)化設計和軟件開發(fā)。
　　《飛機復合材料結構分析與優(yōu)化設計》可作為航空、航天、力學、材料專業(yè)高年級本科生及研究生課程教材，也可供相關專業(yè)的研究人員和工程技術人員參考。

書籍目錄

前言
緒論
參考文獻
第一篇 復合材料結構分析
　第1章 復合材料力學性能分析
　　1.1 復合材料的應力一應變關系
　　　1.1.1 一般各向異性材料的應力一應變關系
　　　1.1.2 正交各向異性材料的應力一應變關系
　　1.2 復合材料的工程彈性常數(shù)
　　　1.2.1 工程彈性常數(shù)表示的應變一應力關系
　　　1.2.2 正交各向異性材料工程彈性常數(shù)的限制條件
　　1.3 復合材料的應力／應變和剛度／柔度矩陣的坐標轉換
　　　1.3.1 一般各向異性材料的應力／應變和剛度／柔度矩陣的坐標轉換
　　　1.3.2 正交各向異性材料的應力／應變和剛度／柔度矩陣的坐標轉換
　　　1.3.3 平面應力狀態(tài)下應力／應變和剛度／柔度矩陣的坐標轉換
　　1.4 復合材料層合板的剛度
　　　1.4.1 經典層合板的基本假設
　　　1.4.2 層合板的應力一應變關系
　　　1.4.3 對稱層合板的剛度
　　　1.4.4 一維均衡層合板的剛度
　　　1.4.5 三維均衡層合板的剛度
　　1.5 復合材料層合板的強度估算
　　　1.5.1 單層板的強度
　　　1.5.2 層合板的強度
　　　1.5.3 有限元分析中常用的層合板失效判據(jù)
　　參考文獻
　第2章 雙曲度復合材料壁板分析
　　2.1 研究現(xiàn)狀
　　2.2 材料子程序修正
　　　2.2.1 材料子程序修正可行性分析
　　　2.2.2 材料子程序應力修正方法及修正系數(shù)選取
　　　2.2.3 雙曲度復合材料板應力修正
　　2.3 新型復合材料高精度單元
　　　2.3.1 基礎理論
　　　2.3.2 用戶單元子程序
　　　2.3.3 應用實例
　　2.4 本章 小結
　　參考文獻
　第3章 復合材料中厚板穩(wěn)定性分析
　　3.1 研究現(xiàn)狀
　　3.2 穩(wěn)定性分析方法
　　　3.2.1 特征值分析方法
　　　3.2.2 弧長法
　　3.3 復合材料中厚層合板穩(wěn)定性研究
　　　3.3.1 單向壓縮
　　　3.3.2 純剪
　　3.4 中厚蒙皮多墻翼面結構穩(wěn)定性分析
　　　3.4.1 整體結構模型
　　　3.4.2 有限元分析模型及其邊界條件
　　　3.4.3 計算結果與分析
　　3.5 本章 小結
　　參考文獻
　第4章 變厚度厚層合板結構分析
　　4.1 概述
　　　4.1.1 變厚度厚層合板結構分析面臨的主要問題
　　　4.1.2 變厚度厚層合板分析中遇到的困難
　　　4.1.3 本章 主要解決的問題
　　4.2 變厚度厚層合板結構分析
　　　4.2.1 變厚度厚層合板結構有限元分析
　　　4.2.2 變厚度厚層合板過渡段結構分析
　　　4.2.3 變厚度厚層合板二維與三維有限元方法比較
　　4.3 壓縮試驗和損傷模擬研究
　　　4.3.1 結構及試驗
　　　4.3.2 試驗與數(shù)值模擬比較
　……
第二篇 復合材料結構優(yōu)化設計

章節(jié)摘錄

插圖：緒論復合材料在航空航天領域的成功應用僅有幾十年的歷史，但因其在比強度、比剛度、可設計性和便于大面積整體成形等方面的優(yōu)點在航空航天領域的應用日益廣泛。目前，復合材料結構已經與鋁合金、鈦合金和合金鋼一起成為航空航天領域的四大結構材料。復合材料于20世紀60年代中期研制成功，隨后被廣泛應用于飛機結構中。幾十年來，復合材料在飛機結構上的應用走過了一條由小到大、由次到主、由局部到整體、由結構到功能的發(fā)展道路。復合材料在飛機結構上的應用情況大致可分為三個階段：第一階段應用于艙門、口蓋、整流罩和方向舵等受力很小或不承力的結構中；第二階段應用于垂尾、平尾和前機身等次承力結構中；第三階段應用于機翼、機身等主承力結構中。從復合材料在飛機結構中的發(fā)展可以看出，復合材料已經逐漸成為覆蓋面積最廣的材料，其在飛機中的應用比例已成為衡量飛機先進性的重要指標。以米格（Mig）戰(zhàn)斗機為例［1］，1977年首飛的Mig29其復合材料結構重量只占到整個戰(zhàn)斗機的7%；1994年首飛的Mig1．42其復合材料結構重量達到了16%；而在2000年首飛的Mig1．44中應用范圍得到了進一步的擴大，復合材料結構重量提高到30%。進入20世紀90年代后，為滿足新一代戰(zhàn)斗機對高機動性、超音速巡航和隱身等的要求，戰(zhàn)斗機無一例外地大量采用復合材料，用量一般在25%以上。在武裝直升機、無人作戰(zhàn)機上，復合材料的用量可達50%以上，甚至出現(xiàn)全復合材料飛機。軍用飛機如此，民用飛機也是如此，新研制的A380復合材料用量達到25%，而B787更是高達50%。我國從20世紀60年代末開始研究復合材料及其在飛機結構上的應用，70年代中期研制成功了第一個復合材料飛機結構件。2000年，Y7復合材料垂尾通過了適航審定，這標志著復合材料在民用飛機上的應用取得了可喜的成果［2］。目前，我國已建立了航空航天復合材料的基本體系，形成了可以滿足航空航天需求的生產能力和協(xié)作配套網絡，所需材料基本實現(xiàn)國產化。另外，我國目前在研的大型運輸機和大型客機都準備大量使用復合材料，復合材料在我國飛機結構中的應用將會提升到一個新臺階。雷達已大量應用于飛機、導彈、航海等領域，雷達罩的運用也日趨廣泛。雷達罩是電磁波的窗口，其作用是保護天線，防止環(huán)境對雷達天線工作狀態(tài)的影響和干擾，從而減少驅動天線運轉的功率，提高其可靠性，保證雷達天線全天候工作。雷達罩的存在延長了天線的使用壽命，簡化了天線的結構，減輕了結構的重量。雷達罩作為雷達系統(tǒng)的重要組成部分，其性能好壞直接影響到雷達系統(tǒng)的功能?？梢哉f，雷達罩與天線同等重要，目前雷達罩大多為泡沫或蜂窩夾層結構。但是由于現(xiàn)代飛機速度更快、噪音更低和飛行路線的增加，飛機的這些暴露部位極易受到鳥撞和冰雹沖擊而損傷和破壞，所以冰雹沖擊和鳥撞的問題長期以來一直受到飛機設計師和飛機用戶的廣泛關注_1叫]。本章針對復合材料結構本身具有設計變量多、約束多、優(yōu)化目標多、結構破壞機理復雜、計算精度要求高、結構和優(yōu)化方法計算效率要求高等特點，開展了復合材料雷達罩蜂窩結構的鳥撞和冰雹沖擊優(yōu)化設計，并在此基礎上開發(fā)了相應的軟件系統(tǒng)。13.2雷達罩鳥撞和冰雹沖擊動力學分析方法雷達罩的鳥撞和冰雹沖擊問題是一個材料非線性、結構非線性和接觸狀態(tài)非線性問題[5]。這類非線性問題的數(shù)值模擬涉及兩種最常使用的單元類型：體單元和殼單元的實常數(shù)定義，速度初始條件與接觸碰撞準則的選定，同時還包括了鳥體和冰雹幾何參數(shù)、材料參數(shù)的設定和蜂窩夾層雷達罩沖擊破壞準則的定義。

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《飛機復合材料結構分析與優(yōu)化設計》是由科學出版社出版的。

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