复合材料飞机结构设计(1).ppt

《复合材料飞机结构设计(1).ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、表1-1国外复合材料在军机上的应用情况国别机种用量(%)首飞时间复合材料体系应用情况美F-1411969硼/环氧树脂水平安定面F-151.21972硼/环氧树脂水平安定面、垂直安定面、方向舵F-163.41976碳/环氧树脂(AS4/3502)进气道斜板、垂尾、平尾。机翼蒙皮（碳/双马来酰亚胺）F/A-18A121978碳/环氧树脂除前机身外，包括机翼在内的所有蒙皮结构。前机身边条、翼根延伸段等AV-8B26.31982碳/环氧树脂机翼蒙皮和亚结构骨架，其机翼70%重量为复合材料结构。比金属结构减重20%以上。机翼梁和肋为“工”形剖面，腹板为

2、正弦波纹板A-612碳/环氧树脂机翼蒙皮B-1轰炸机碳/环氧树脂、硼/环氧树脂、Kevlar49/环氧树脂机身大梁、平尾、垂尾、前缘缝翼、襟翼、进气道斜板、舱门等X-31A171990碳/增韧环氧(IM6/6376)机翼、机身蒙皮YF-22231991碳/增韧双马(IM7/5250-2)机翼、中机身隔框和蒙皮、尾翼F-22241996碳／增韧双马(IM6/5250-4)机翼、中机身隔框和蒙皮、尾翼、前机身俄米格297S-3721前掠机翼等雅克-14124机翼、尾翼、部分机身1.42161.4430法Rafale24碳／增韧双马(IM6/524

3、5C)机翼、垂尾、鸭翼、副翼、前机身蒙皮幻影4000整体油箱翼盒、尾翼等ASX10碳/环氧树脂机翼(壁板尺寸6.34m1.5m)、机身、垂尾瑞典JAS-39301988碳/环氧树脂(AS4/8552)机翼、机身、鸭翼、垂尾、进气道德、英西、意EF-2000301994碳/增韧双马(T800/5245)机翼、前机身、中机身、尾翼蒙皮日FS-X~18整体机翼、垂尾、平尾等英美洲豹虎碳/环氧树脂机翼、方向舵占结构重量百分比(%)机型材料表1-2民用飞机结构用材料重量百分比复合材料铝合金钛合金钢第1代Boing7070.2第2代Boing747A3

4、00158176441313第3代Boing767Boeing757A320335.5807876.5264.5141213.5第4代Boing777A340118707576118比强度和比刚度飞机结构上使用的复合材料以碳纤维/环氧树脂为代表，它具有高的比强度(b/)和比刚度(E/)，可使飞机的结构重量大幅度减小。表1-3列出了几种单向复合材料与常用金属材料性能的比较。更为先进的T800/改性环氧树脂的比强度可高出铝合金10倍，比刚度高出4倍。表1-3几种结构材料性能比较拉伸强度(MPa)拉伸模量(GPa)比强度MPa/(g/cm3)

5、比刚度GPa/(g/cm3)密度(g/cm3)铝合金42072.0151.125.92.78钢(结构用)1200206.0152.926.37.85钛合金1000116.7221.225.84.52玻璃纤维/聚酯复合材料124548.2623.024.12.0高强度碳/环氧树脂1471137.3101494.71.45高模量碳/环氧树脂1049235.0656.0146.91.60芳纶/环氧树脂137378.4981.056.01.40各向异性和可设计性由单向预浸带铺叠并固化而成的层压结构是目前飞机复合材料结构的主要形式。单向带呈现强烈的正交

6、异性(沿纤维方向的性能与垂直纤维方向的性能差别很大)，可以在不同的方向铺设不同比例的单向带，来满足结构平面内所需方向性能的要求。设计出的层压结构可以是各向同性，也可以是各向异性的；可以是对称均衡，也可以是非对称非均衡的。这个特点给设计师留下了更为自由的设计空间，使设计师可以实现过去用各向同性的金属材料无法实现的梦想。利用先进复合材料的低密度进行等代设计实现减重目标，是早期的复合材料结构设计方法，远远不能发挥复合材料的优势。前掠翼飞机和零热膨胀系数结构只是利用复合材料层压板的各向异性和可设计性，来实现设计师创新设计的范例。当然各向异性给结构设计

7、、分析和制造增加了困难，这也是复合材料结构设计的特点之一。损伤、断裂和疲劳行为各向异性、脆性和非均质性，特别是层间性能远低于层内性能等特点，使复合材料层压板的失效机理与金属完全不同，因而它们的损伤、断裂和疲劳性能也有很大差别。另一方面，复合材料构件制造目前主要靠人工铺贴和热压成形，再加上加工、运输过程中可能受到的外来物冲击，其制件会比金属制件更易带有程度不等的缺陷/损伤。表1-4概述了影响复合材料结构与金属结构疲劳和损伤容限的因素比较。(1)主要的缺陷/损伤类型裂纹是金属飞机结构的主要损伤形式。复合材料结构的关键缺陷/损伤形式是界面脱胶、分层

8、和低能量(特别是低速)外来物产生的冲击损伤。冲击损伤的威胁在于当内部产生大范围基体开裂和分层时，外表面往往仍目视不可检，但其压缩承载能力已大幅度下降(外表面目视勉强