[发明专利]一种复合材料加筋壁板轴压承载能力计算方法

说明书

本发明公开了一种复合材料加筋壁板轴压承载能力计算方法，考虑了蒙皮与长桁模量可能不相同的因素，然后考虑有效宽度蒙皮的加筋板剖面计算轴压破坏载荷，再叠加局部屈曲蒙皮的承载能力，最终得到整个加筋板的承载能力，试验结果表明，按本发明方法计算得到的结果误差较小，且低于试验值，结果偏保守，更适用于工程应用。

技术领域

本发明属于航空强度技术领域，尤其涉及一种复合材料加筋壁板轴压承载能力计算方法。

背景技术

为减轻重量、充分挖掘结构承载能力，薄壁加筋结构是飞机设计中经常采用的形式。由于比模量和比强度高，在减重方面具有巨大的优势，复合材料越来越广泛的被用于飞机结构上，因而复合材料加筋壁板也就顺理成章的成为了飞机结构设计时的首选方案。

轴向压缩是复合材料加筋壁板的一种主要受载形式，如何准确预估其轴压承载能力，是保证飞机飞行安全和结构减重设计的重要依据，也是当前工程设计人员所要解决的重要问题。已有的工程计算方法通过与试验结果对比发现，有些结果误差较大、有些结果高于试验值偏危险，而基于有限元理论的数值求解方法又过于繁琐，且计算中可调参数较多，增加了结果的不确定性，不适用于工程应用。综上所述，目前对于复合材料加筋壁板，在工程界还没有一种得到广泛认可的计算方法，适用于其轴压承载能力的预估。

发明内容

本发明的目的：提出一种复合材料加筋壁板轴压承载能力计算方法，可以减小计算结果误差，且能保证低于试验值，适用于工程应用。。

本发明的技术方案：

一种复合材料加筋壁板轴压承载能力计算方法，包括以下步骤：

步骤1：给待计算的加筋板平均破坏应力σ_co赋初值；

步骤2：计算蒙皮有效宽度b_e；

步骤3：计算长桁和有效宽度蒙皮组合剖面的回转半径和ρ和等效模量

步骤4：计算长桁和有效宽度蒙皮组合剖面的平均破坏应力σ′_co；

步骤5：判断σ′_co与σ_co是否满足|σ_co-σ′_co|≤ε；若是，则σ_co作为加筋板平均破坏应力，若否，则将σ′_co赋值给σ_co，然后重复步骤2至步骤5，直到满足|σ_co-σ′_co|≤ε，其中ε是设定的阀值，用于控制计算精度；

步骤6：计算加筋壁板中的典型单元的承载能力F_co。

步骤1所述的给待计算的加筋板平均破坏应力σ_co赋初值，具体为：将加筋板的压损应力σ_cc赋给待计算的加筋板平均破坏应力σ_co，即初始值σ_co＝σ_co，σ_cc由相同加筋板剖面的短柱通过压损试验得到。

步骤2所述的计算蒙皮有效宽度，计算公式为：

式中D₁₁、D₁₂、D₂₂、D₆₆为蒙皮的弯曲刚度系数；L为加筋板长度；t为蒙皮厚度；E_sk为蒙皮的等效模量；为加筋板等效轴向弹性模量；π为圆周率；m为蒙皮的屈曲半波数，计算时取m＝1,2,3,...，计算相应的一组b_e，其中最小的b_e即为所求。

步骤3所述的计算长桁和有效宽度蒙皮组合剖面的回转半径和ρ，计算公式为：