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2009-01-17 來源:李軍向 薛忠民 王繼輝 馮賓春 瀏覽數(shù):7583

結(jié)構(gòu)鋪層校核對(duì)葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說也必不可少。前在校核方面,大多用通用商業(yè)有限元軟件,比如ANSYS、NASTRAN、ABAQUS等。對(duì)葉片進(jìn)行校核時(shí),考慮單層的極限強(qiáng)度、自振頻率和葉尖撓度[6],分析模型有殼模型和梁模型等,并且能夠做到這兩種模型的相互轉(zhuǎn)換[7],如圖2,3所示。與其他葉片結(jié)構(gòu)相比,目前大型葉片的中空夾芯結(jié)構(gòu)具有很高的抗屈曲失穩(wěn)能力,較高的自振頻率,這樣設(shè)計(jì)出來的葉片相對(duì)較輕。有限元法可用于設(shè)計(jì),但更多用于模擬分析而不是設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)與模擬必須交叉進(jìn)行,在每一步設(shè)計(jì)完成后,必須更新分析模型,重新得到鋪層中的應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù),再返回設(shè)計(jì),更改鋪層方案,再分析應(yīng)力和變形等,直到滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為止,如圖4所示。因?yàn)閺?fù)合材料正交各向異性的特殊性,葉片各鋪層內(nèi)的應(yīng)力并不連續(xù),而應(yīng)變則相對(duì)連續(xù),所以葉片結(jié)構(gòu)校核的失效準(zhǔn)則有時(shí)候完全采用應(yīng)變失效準(zhǔn)則。

2.3材料選擇
葉片發(fā)展初期,由于葉片較小,有木葉片、布蒙皮葉片、鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片、鋁合金葉片等等,隨著葉片向大型化方向發(fā)展,復(fù)合材料逐漸取代其他材料幾乎成為大型葉片的唯一可選材料。復(fù)合材料具有其它單一材料無法比擬的優(yōu)勢之一就是其可設(shè)計(jì)性,通過調(diào)整單層的方向,可以獲得該方向上所需要的強(qiáng)度和剛度。更重要的是可利用材料的各向異性,使結(jié)構(gòu)不同變形形式之間發(fā)生耦合。比如由于彎扭耦合,使得結(jié)構(gòu)在只受到彎矩作用時(shí)發(fā)生扭轉(zhuǎn)。在過去,葉片橫截面耦合效應(yīng)是一個(gè)讓設(shè)計(jì)人員頭疼的難題,設(shè)計(jì)工程想方設(shè)法消除耦合現(xiàn)象。但在航空領(lǐng)域人們開始利用復(fù)合材料的彎扭耦合,拉剪耦合效應(yīng),提高機(jī)翼的性能[8]。在葉片上,引人彎扭耦合設(shè)計(jì)概念,控制葉片的氣彈變形,這就是氣彈剪裁。通過氣彈剪裁,降低葉片的疲勞載荷,并優(yōu)化功率輸出[9]。
【延伸閱讀】
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