04復(fù)合材料梁有限元分析-李偉(5)

1、745第二十八屆（2012）全國(guó)直升機(jī)年會(huì)論文復(fù)合材料梁有限元分析李偉黃珺熊紹海（中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，景德鎮(zhèn)，333001）摘要：要：以復(fù)合材料柔性梁結(jié)構(gòu)和有限元原理為基礎(chǔ)，考慮復(fù)合材料的各向異性，結(jié)合ANASYS建立柔性梁鋪層結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，參照柔性梁的連接形式與受載類型進(jìn)行有限元計(jì)算分析，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；柔性梁件；鋪層；層間剪切0前言前言無(wú)軸承旋翼是目前最先進(jìn)的直升機(jī)旋翼結(jié)構(gòu)型式，它通過(guò)復(fù)合材料柔

2、性梁的彈性變形取代傳統(tǒng)旋翼槳轂的水平鉸、垂直鉸和軸向鉸，實(shí)現(xiàn)槳葉的揮舞、擺振和變距運(yùn)動(dòng)。柔性梁一方面可以保證結(jié)構(gòu)所需的彎曲剛度和強(qiáng)度，同時(shí)又具有很低的扭轉(zhuǎn)剛度，滿足槳葉變距操縱的要求。由于這種旋翼結(jié)構(gòu)型式十分簡(jiǎn)單，零件數(shù)目少，重量輕，可靠性安全性高，具有較低的壽命周期成本，許多先進(jìn)直升機(jī)已經(jīng)或都將采用無(wú)軸承旋翼構(gòu)型。國(guó)外文獻(xiàn)記載，復(fù)合材料柔性梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一般對(duì)柔性梁各個(gè)剖面以及各個(gè)鋪層間的應(yīng)力分布進(jìn)行分析，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以使得柔性

3、梁的應(yīng)力分布趨于合理，從而使柔性梁具有足夠的壽命。本文利用ANASYS軟件精確建立試驗(yàn)梁鋪層結(jié)構(gòu)模型，分析柔性梁在不同受力狀態(tài)下的應(yīng)力分布，找出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的薄弱處，并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。1柔性梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)柔性梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一般鋪層復(fù)合材料要求具有大的許用彎曲應(yīng)變、良好的扭轉(zhuǎn)特性、大的損傷容限和重量輕等特點(diǎn)，國(guó)外常見(jiàn)梁的截面類型有薄矩形、工字型、十字型等型式；梁截面設(shè)計(jì)要求在考慮強(qiáng)度和動(dòng)力學(xué)特性的同時(shí)，具有低的扭轉(zhuǎn)剛度，本文選取矩形截

4、面梁進(jìn)行分析，矩形截面柔性梁具有成型工藝比較簡(jiǎn)單，制造成本低等特點(diǎn)。國(guó)外柔性梁的基本選材是玻璃纖維增強(qiáng)材料，其柔性梁采用玻璃大梁帶與玻璃布混合鋪層，玻璃纖維具有更大的許用應(yīng)變、對(duì)初始（制造）缺陷更不敏感和成本低得多。2柔性梁在柔性梁在ANASYS軟件中的建模軟件中的建模將兩件柔性梁試樣改造為試驗(yàn)件，試驗(yàn)件幾何模型如圖1，Ⅰ梁與Ⅱ梁試驗(yàn)件的Z330剖面通過(guò)圖示螺栓孔中心，Ⅱ梁在Ⅰ梁的基礎(chǔ)上對(duì)鋪層做調(diào)整。A端（Z0剖面）固支，梁自由端面由玻

5、璃大梁帶纏繞，再由金屬夾板與螺栓夾持，B端承受軸向力F（x向）及揮舞載荷N（z向），F(xiàn)與N載荷狀態(tài)是根據(jù)梁展向試驗(yàn)動(dòng)彎矩理論來(lái)確定。7473柔性梁應(yīng)力分析柔性梁應(yīng)力分析對(duì)于此懸臂試驗(yàn)梁結(jié)構(gòu)，主要分析靠近柔性梁根部區(qū)域的層間剪應(yīng)力，設(shè)圖2中梁最右側(cè)復(fù)合材料鋪層從下到上依次編號(hào)，最上層為第64層。兩件梁Z0至Z160剖面之間典型層間剪應(yīng)力分布如圖3所示。（a）Ⅰ梁第8層和第9層之間層間剪應(yīng)力云圖（b）Ⅱ梁第8層和第9層之間層間剪應(yīng)力云圖（c