直升機(jī)復(fù)合材料波紋梁吸能特性試驗(yàn)研究與仿真分析

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1、總第189期2016年第3期直升機(jī)技術(shù)HELICOPTERTECHNIQUEGeneralSerialNo.189No.32016文章編號:1673—1220(2016)03-036-04直升機(jī)復(fù)合材料波紋梁吸能特性試驗(yàn)研究與仿真分析張橋,吳遠(yuǎn)飛(中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所,江西景德鎮(zhèn)333001)摘要對直升機(jī)復(fù)合材料波紋梁以6.45m/s碰撞剛性地面的吸能特性進(jìn)行試驗(yàn)研究和仿真計(jì)算。復(fù)合材料波紋梁的破壞模式采用CRASURV方程描述。仿真分析預(yù)測結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相吻合。關(guān)鍵詞復(fù)合材料波紋梁;吸能;CRASURV方程;仿真分析中圖分類號:V215.2;V214.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AE

2、xperimentalInvestigationandSimulationoftheEnergyAbsorptionCharacteristicsofHelicopterCompositeSineBeamsZHANGQiao.WUYuanfei(ChinaHelicopterResearchandDevelopmentInstitute,Jingdezhen333001,China)AbstractTheenergyabsorptioncharacteristicofhelicoptercompositesinebeamsimpactedtotherigidfloorwa

3、stestedandsimulatedunderthevelocityof6.45m/s.TheCRASURVformulaWasusedinthesimulationastheFailuremode.GoodagreementWasfoundbetweenthesimulationpredictionsandexperimentalresults.Keywordscompositesinewavebeam;energyabsorb;CRASURVformula;simulation0引言近幾十年問,抗墜撞設(shè)計(jì)思想在航空和汽車領(lǐng)域發(fā)展迅猛,其目的是保證發(fā)生墜撞事故時(shí),乘員

4、有較高的生存率。在墜撞過程中,結(jié)構(gòu)必須以特定的崩塌模式破壞才能保證墜撞載荷恒定,只有這樣才能最大限度地吸能和保證乘員的生存空間。復(fù)合材料吸能的過程與金屬材料通過塑性變形吸能完全不同。事實(shí)上,復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的墜撞吸能機(jī)理非常復(fù)雜,它同時(shí)包含了纖維斷裂、基體開裂、分層以及纖維與基體的脫粘¨,2J。由于復(fù)合材料表現(xiàn)出正交各向異性和脆性,復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的緩沖吸能能力不僅取決于材料本身的性能,很大程度上還取決于結(jié)構(gòu)形式及失效模式‘31。本文建立了復(fù)合材料層壓板波紋梁有限元模型,運(yùn)用RADIOSS顯式有限元分析代碼進(jìn)行仿真分析。復(fù)合材料單層板的力學(xué)性能采用CRASURV方程H1描述。分析

5、得到了波紋梁的位移一時(shí)問關(guān)系曲線、載荷一時(shí)間曲線、過載一時(shí)間曲線、壓縮量、比吸能能力。同時(shí)進(jìn)行了復(fù)合材料波紋粱的墜毀試驗(yàn),仿真分析預(yù)測結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相吻合。收稿日期:2016—06—02作者簡介:張橋(1986一),男,陜西西安人,本科,工程師,主要研究方向:直升機(jī)靜強(qiáng)度設(shè)計(jì),沖擊動(dòng)力學(xué)分析。2016年第3期張橋,吳遠(yuǎn)飛:直升機(jī)復(fù)合材料波紋梁吸能特性試驗(yàn)研究與仿真分析‘37·1波紋梁結(jié)構(gòu)本文研究對象波紋梁結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。波紋梁的高度H=280mm,寬度L=390mm,突緣寬度50mm,圓弧高Hr=31mm。材料為5224/G827(代號C1)和5224/G803(代號

6、C2)環(huán)氧碳纖預(yù)浸料和5224/120(代號G)環(huán)氧玻璃布預(yù)浸料,其中5224為改性環(huán)氧樹脂體系,G803、G827為碳纖維織物,120為E玻璃纖維四枚緞紋布。腹板鋪層順序?yàn)閇(±45):G/(±45)c2/(o,90)C1/(0,90)C1/(0,90)C1/(4-45)C2/(±45):G],試驗(yàn)件理論厚度為1.48mm,質(zhì)量為0.257Kg。復(fù)合材料材料力學(xué)性能見表1。圖l波紋梁試件尺寸及鋪層意圖表1復(fù)合材料單層力學(xué)性能2仿真分析模型采用HyperMesh建立波紋梁墜毀仿真分析模型,上部正常區(qū)域單元尺寸4ram,底部與地面接觸區(qū)域單元尺寸為1mm。上端采用剛體單元模

7、擬配重塊,配重塊質(zhì)量為108kg,放開剛性單元沿速度方向的平動(dòng)自由度;地面采用剛性單元模擬,約束地面的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。圖2仿真分析模型單層復(fù)合材料的性能采用RADIOSS中的mat—law25模擬,即采用CRASURV方程。CRASURV方程是在Tsai—Wu屈服失效準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上考慮了復(fù)合材料正交各向異性的特點(diǎn),即考慮了材料在0。和90。方向上拉伸、壓縮屈服硬化指數(shù)的不同。Tsai—wu屈服準(zhǔn)則見公式(1):F(or)=F10r1+F2盯2+Fllor;+F220ri+,0盯;2+2F12盯10r2(1)式中:E:一÷+÷;

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