基于Patran/Nastran的复合材料层合板分区域开口补强优化设计

摘要

复合材料由于比强度、比刚度大，在航空航天结构中得到了广泛的应用．尤其在近几年研制的各种新型飞机上，大大提高了应用比重．新一代美国F-22战机上复合材料结构重量占到了24%，在大型民用飞机Boeing787上，复合材料结构重量也占到了全机结构重量的50%．复合材料层合板是复合材料中使用最多的一种结构型式，它具有很好的结构可设计性．飞机结构上由于检查、维护、导管通过等需要，必须有很多开口，而对于层合板，开口将破坏纤维的连续性，会大大降低结构的承载能力．这就要求对开口周围的结构进行补强．本文以某型号飞机机翼蒙皮上高应力应变水平区中典型尺寸开口部位为研究对象，通过对开口周围区域的蒙皮进行合理分区，并以结构重量为目标函数，采用应变设计准则，利用工程分析软件对区域内各纤维方向的铺层厚度进行优化设计，寻找出最优补强设计方案．本文的研究结果，为某型号飞机复合材料壁板开口处结构的补强设计提供了较为优化的方案，解决了工程中的实际问题。