文档介绍：硕士学位论文
低速冲击下碳纤维复合材料尾翼
梁腹板的损伤容限分析
DAMAGE TOLERANCE ANALYSIS OF CARBON
POSITE BEAM WEB OF TAIL UNDER
LOW VELOCITY IMPACT
徐伟
哈尔滨工业大学
2013 年 7 月
国内图书分类号:;O347 学校代码:10213
国际图书分类号:530 密级:公开
工学硕士学位论文
低速冲击下碳纤维复合材料尾翼
梁腹板的损伤容限分析
硕士研究生:徐伟
导师:高维成教授
申请学位:工学硕士
学科、专业:固体力学
所在单位:航天学院
答辩日期:2013 年 7 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: ;O347
.: 530
Dissertation for the Master Degree in Engineering
DAMAGE TOLERANCE ANALYSIS OF CARBON
POSITE BEAM WEB OF TAIL UNDER
LOW VELOCITY IMPACT
Candidate: Xu Wei
Supervisor: Prof. Gao Wei-Cheng
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: Solid Mechanics
Affiliation: School of Astronautics
Date of Oral Examination: July, 2013
University: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
碳纤维增强复合材料现如今已经广泛应用于飞机结构上,由于在飞机运行使
用以及维护过程中,不可避免会遭受到低速冲击,并且发生频率较高,冲击损伤
积累下来会对飞机结构的完整性以及承载能力造成安全隐患。因此,研究飞机相
关复合材料结构部件在低速冲击下的响应特点以及损伤特征,并进一步研究部件
在冲击损伤以后的剩余强度,对于飞机的损伤容限设计具有重要的意义,同时对
于飞机结构的安全性能评估也具有一定的指导意义。
本文基于通用有限元软件 ABAQUS 进行了冲击过程的动态有限元模拟。运
用 Hashin 失效准则和等效线性的损伤演化来模拟材料面内的失效。通过在复合材
料铺层之间加入 COHESIVE 单元,并采用二次名义应力准则来判定损伤起始,
用线性软化的损伤演化准则和基于能量的 BK 模式判断层间分层扩展。将仿真分
析得到的主要冲击响应参数和损伤结果与试验进行对比分析,对仿真分析的方法
进行了修正,并最终使仿真与试验具有较好的符合性。
本文针对复合材料梁腹板,通过落锤冲击试验研究了其低速冲击特性。得到
了冲击损伤的相关参数,包括凹坑深度、损伤面积,通过对试验结果的统计,给
出了凹坑深度、损伤面积与冲击能量之间的对应关系。并通过剪切载荷试验,分
析了梁腹板的剩余剪切强度,给出了梁腹板的损伤容限性能的分析与评估。
关键词损伤容限;低速冲击;梁腹板;ABAQUS.
I
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Carbon fiber posite material is now already widely used in aircraft
structure, due to the use of aircraft operation and maintenance process, inevitably
suffering from low energy impact with a high frequency of occurrence. Accumulated
impact damage pose a security risk in aircraft structural integrity and load carrying
capacity. Therefore, study of the response characteristics and injury ch