[发明专利]一种用于复合材料结构补强的纤维铺层和丢层方法

说明书

本发明公开了一种用于复合材料结构补强的纤维铺层和丢层方法，涉及航空发动机外涵机匣典型结构铺层设计领域。本发明通过在力学性能薄弱位置增加一定数量的铺层，从而达到改善开孔位置及机械连接位置力学性能的目的。本发明考虑了丢层的角度，丢层的位置与丢层过渡段的影响，保证了结构的整体性、连续性和对称性。本发明可以有效增加目标部位的力学性能，具有设计简单且适用性强的特点。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种用于复合材料结构补强的纤维铺层和丢层方法。

背景技术

机匣复合材料层合结构的损伤机理十分复杂，其复杂性表现在很多方面，如开孔、机械连接、变厚度及初始分层等均会对结构的力学性能造成不能忽视的影响。航空发动机外涵机匣构成外涵气流通道，固定内涵穿出的传感器、管路，以及外部附件、支架和管路等构件。因此，其壳体上布置若干开孔和安装座。这些孔切断了连续的长纤维，导致孔边应力分布较为复杂，此外复合材料本身属脆性材料，孔边的应力集中较其它位置更为严重。为了加强结构开孔部位的承载性能，经常采用开孔区域增加厚度的方式提高结构的承载能力。

研究人员研究了铺层厚度和不同铺层角度对复合材料结构力学性能的影响分析，但未给出一种丢层方法，不合适的丢层方法反而会削弱结构的强度、刚度，很有可能造成应力集中的影响，影响结构的疲劳性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种用于复合材料结构补强的纤维铺层和丢层方法，具体技术方案如下：

一种用于复合材料结构补强的纤维铺层和丢层方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：明确复合材料结构脆弱部位的主传力方向及主传力方向上所需截面刚度和截面强度；

步骤二：确定复合材料单向板性能参数；

步骤三：根据步骤二得到的参数，利用MATLAB编制程序，确定增强区域所需增加铺层角度及各铺层角度数量。

步骤四：对目标增强区域进行丢层方案设计。

所述复合材料增设铺层数设计规则：

(1)主传力方向上的刚度满足E_xnh＞E_gx，其中E_x为主传力方向等效模量，n为铺层数，h为单层板厚度，E_gx为所需截面模量；

(2)主传力方向上的强度满足σ_xnh＞σ_gx，其中σ_x为主传力方向等效强度，n为铺层数，h为单层板厚度，σ_gx为所需截面强度；

(3)次传力方向上的刚度满足E_ynh＞E_gy，其中E_y为次传力方向等效模量，n为铺层数，h为单层板厚度，E_gy为次传力方向所需截面模量；

(4)次传力方向上的强度满足σ_ynh＞σ_gy，其中σ_y为次传力方向等效强度，n为铺层数，h为单层板厚度，σ_gy为次传力方向所需截面强度；

(5)剪切方向上的刚度满足E_xynh＞E_gxy，其中E_xy为剪切方向等效模量，n为铺层数，h为单层板厚度， E_gxy为剪切方向所需截面模量；

(6)剪切方向上的强度满足σ_xynh＞σ_gxy，其中σ_xy为剪切方向等效强度，n为铺层数，h为单层板厚度，σ_gxy为剪切方向所需截面强度；