大尺寸复合材料﹢RTM﹢波纹梁设计优化.pdf

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1、第５卷第４期航空工程进展Vol畅５No畅４２０１４年１１月ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGNov．２０１４文章编号：１６７４‐８１９０（２０１４）０４‐５４１‐０６大尺寸复合材料RTM波纹梁设计优化刘豫，李巧，宋艳华（中国航空工业集团公司第一飞机设计研究院，西安７１００８９）摘要：为了对使用ResinTransferMolding（RTM）工艺制造的大尺寸复合材料波纹梁进行结构减重设计优化，运用CATIA软件复合材料设计模块对大尺寸波纹梁进行多厚度分区设计，并编制FORTRAN软件二次开发程序对波纹梁铺层

2、角度和顺序进行优化，进行静强度计算，设计并进行波纹梁剪切试验，制造的波纹梁在某型飞机上成功应用并取得了明显的减重效果。关键词：RTM；波纹梁；优化设计；CATIA；FORTRAN；试验中图分类号：V２２２文献标识码：AOptimalDesignofCompositeRTMWaved‐beamswithLargeSizeLiuYu，LiQiao，SongYanhua（TheFirstAircraftInstitute，AviationIndustryCorporationofChina，Xi’an７１００８９，China）Abstract：Inordertor

3、educestructuralweightofcompositeRTMwaved‐beamswithlargesize，thedesignworkforcomplexthicknessareaofwaved‐beamsisdonethroughthesoftwareCATIA．Theplyangleandstackingse‐quenceofcompositelaminatesisoptimizedanditsstaticstrengthiscalculatedbycodingFORTRANprogram．Thewaved‐beamssheartestisp

4、erformed．Thiswaved‐beamhasbeensuccessfullyappliedtoacertainaircraftandshowssignificanteffectonreducingthestructuralweight．Keywords：RTM；waved‐beams；optimizationdesign；CATIA；FORTRAN；test本文对大尺寸RTM波纹梁进行结构减重优0引言化及试验，根据受载情况使用CATIA软件对大尺飞机的翼梁结构作为主要承载结构件，其受载寸波纹梁进行多厚度分区设计，并编制FOR‐情况复杂，传统上多采用金

5、属材料机加制造。随着TRAN程序对波纹梁铺层角度和顺序进行优化，现代飞机越来越迫切的结构减重需求，采用高比强进行静强度计算，设计并进行波纹梁剪切试验，以度、比刚度的复合材料来制造飞机翼梁已成必然期使制造出的波纹梁满足使用要求并取得明显减趋势。重效果。波纹梁具有优异的缓冲吸能效果和承受复杂载荷的能力，已在国外先进飞机上获得广泛应用，1复杂波纹曲面CATIA软件复合材［１］例如B１、F２２、C‐１７等飞机均采用了波纹梁结料设计模块建模构。目前，国内对RTM波纹梁的设计制造尚处于起步阶段［２］，尤其对大尺寸RTM波纹梁的应用还波纹梁实物如图１所示。在波纹梁设计过程

6、未见研究成果。中，运用CATIA软件复合材料设计模块将波纹梁划分多个厚度分区并进行结构建模，使用“４分区法”对“工”形截面波纹梁缘条及腹板分区建模，收稿日期：２０１４‐０３‐０４；修回日期：２０１４‐０８‐０５通信作者：刘豫，２１４６９８１３＠qq．com“工”形截面梁分区及建模示意图如图２所示。５４２航空工程进展第５卷随着铺层总数增加，铺层组合数呈指数增长。以１８２０层为例，铺层组合数达到了２．４３×１０，传统方法计算量和存储量巨大，难以从大量的铺层组合中［３‐５］选出符合铺层规则的铺层组合，而选出最优的铺层组合则更难。为了解决上述问题，通过对FORTRA

7、N计算软件二次开发，编制复合材料铺层组合自动优化程图１波纹梁实物图序用于铺层筛选优化，并引入线性表式稀疏数据存Fig．１Thephysicalgraphofwaved‐beams［６‐８］储技术，极大地降低了铺层筛选优化的计算量和存储量。优化选取的铺层组合显著降低了结构重量并提高了梁的承载能力。以总层数为５层的五种铺层组合方式为例，说明线性表式稀疏数据存储原理。铺层原始数据如表１所示。表１铺层原始数据表Table１Theoriginaldataofply铺层序号铺层信息（a）波纹梁分区及截面铺层１４５０－４５０４５２４５－４５０－４５４５３－４５０９００－４

8、５４４５０００４５５４５０４５０４５（b）波纹梁厚度