飞机复合材料蒙皮的优化设计

复合材 料作 为一 种新 型 材料 ． 具 有 比强 度高 、 比 刚 度 大 等 一 系 列 优 点 ．对 飞 行 器 的 轻 量 化 设 计 产 生 了 革
不 同 方 向 的 铺 层 厚 度 进
命 性 的 影 响 …。 层 合 板 是 复 合 材 料 的 一 种 典 型 结 构 形
式 ， 广 泛地应 用 于 飞机翼 面 蒙皮等 各 个部 位 ， 复 合 材 料 层 合 板本 身具 有可 设计 性 ， 根据 实 际情 况对 其铺 设 角 、 铺 层块 形状 、 铺 层 厚度等 一 系列参 数 进行 设 计 ， 以达 到 最 好 的应 用效 果 。 正 因为此 。 层合 板 的优化 设计 方 法涉
机 复 合 材 料机 翼 前缘 蒙 皮计 结 果 。
关键词 ： 优 化 设 计 复 合 材 料
层合板
蒙 皮
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｈ１ ２ ２ ； Ｖ ２ ２ ５ ￣ ． ３
文 献标 识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ０ — ４ ９ ９ ８ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ — ０ ０ ４ ４ — ０ ４
飞 机 复 合 材 料 蒙 皮 的 优 化 设 计木
口 杨 军 口 张亚辉 口 朱继宏
成都
７ １ ０ ０ ７ ２
口
常 楠
１ ． 中航 工 业 成 都 飞 机 设 计研 究所
２ ． 西 北 工 业 大 学 机 电学 院 西 安
６ １ ０ ０ ９ １
摘
要： 从 工 程 实 际 出发 ， 提 出 了一 种 针 对 连 续 纤 维 增 强 复合 材 料 蒙 皮 的 三级 优 化 设 计 方案 。 能够从铺 设角 、 铺层比
例、 铺层厚度 、 铺 层 块形 状 及 位 置 以及 铺 层 次序 等 多个 方 面给 出层 合 板 的设 计 参 数 。 在 设 计 过 程 中 ． 加 入 了一 系列 与 实 际 加 工 制 造 非 常 吻 合 的 制 造性 约束 。 使 复 合 材 料 层 合 板 构 件 的 优 化 设 计 结果 具 有 非 常 好 的 可 制 造 性 。 运 用 该 方 法 对 某型 飞
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｓ ｔ ａ ｇ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｕ ｍ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎ ｉ ｔ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ ｒ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｌ ａ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｓ ｋ ｉ ｎ ｉ ｓ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉｎ ｒ ｇ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ｃ ａ ｎ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｌ ａ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｄ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｆ ｒ ｏ ｍ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ａ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｓ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｉ ｎ ｇ ｐ ｌ ｙ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ ， ｐ ｌ ｙ ｐ ｅ ｒ ｃ ｅ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ， ｐ ｌ ｙ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ，ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ａ ｎ ｄ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐ ｌ ｙ ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ａ ｎ ｄ ｐ ｌ ｙ ｓ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ，ａ ｓ ｅ ｉ ｒ ｅ ｓ ｏ ｆ ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｉ ｒ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｔ ｓ
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行调整 ， 以 满
足设 计 性 能 ．
最 终 确 定 每 个 单 元 的 最 佳厚 度 尺 寸 。 在这 一 阶段 ， 引入 了“ 超 级层 ” 这 一概 念 ， 即 将 具 有 相 同 铺 设 角 的铺 层 视 为 一 个 集 合 ， 称为“ 超级 层 ” （ 如由 ０ ｏ 、 ＋ ４ ５ 。 、 ９ ０ 。 单 向 带 铺 就 的 层 合 板 含 有 ４个 超 级 层 ） ， 并 以 超 级 层 的 厚 度 作 为 自 由尺 寸 优 化 的 变 量 ， 如 图 １所 示 ， 表 示 纤 维 铺 设 角 度 ， 同 属 一 个 超 级 层 内 的 铺 层 具 有 相 同 的铺设 角度 。 自由尺 寸优 化 适 合 于采 用 壳 单 元建 模 的零 件 。 以 每 个 单 元 内 每 个 超 级 层 的 厚 度 作 为 变 量 进 行 自由 尺 寸 优化 ， 可得 到整 个零 件上 超级 层 的最优 厚度 分 布 。 得 到