复合材料等效模量的计算_第1页
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文档简介

1、复合材料等效模量的计算1 概述对于飞机结构设计和强度分析来说, 建立正确的有限元模型 极其重要,复合材料梁缘、肋缘等结构通常需简化为杆元,即在 建模时通常需要计算复合材料铺层的等效模量。 该文根据复合材 料力学公式和有限元软件对复合材料等效弹性模量的计算, 给出 两种计算等效复合材料弹性模量的方法, 给飞机结构设计和强度 计算人员参考。2 复合材料力学方法由复合材料力学 1 得知,单层正轴刚度特性是正交异 性的,单层正轴刚度矩阵表达式为:(1)式中:角偏轴层的偏轴特性为各向异性的, 偏轴刚度矩阵表达式写 为:(2)偏轴刚度矩阵和正轴刚度矩阵有如下线性转换关系:( 3)其中:(4)式中:层压板内

2、力与应变的关系:(6)拉伸刚度矩阵(7)耦合刚度矩阵(8)弯曲刚度矩阵(9)在设计中使用非常多的是工程常数 2 ,即层压板在其方向 的刚度特性,而飞机复合材料设计中用到最多的是对称层压板, 对于处于单轴向载荷作用下的这种层压板,(6)式前 2 项为(10)解得假设对对称层合板的厚度为 e,则对称层合板沿x轴的等效 弹性模:同理可得:对称层合板沿 y 轴的等效弹性模量: 对称层合板 沿 xy 的等效剪切弹性模量:3 有限元方法在 MSC patran 软件中的 Marerials 栏输入其单层复合材料 名称,属性,创建其单层复合材料模型。在复合材料层合板的设 计中( Laminate ),对层合板进行铺设每个单层,指定单层的材 料、厚度和方向,铺设完成后,通过 ShowLaminate Properties 按钮,显示所有设计层合板的属性。4 算例已知单层板弹性常数 MPa,MPa,MPa,每层厚度mm铺层角度0/0/0/45/45/-45/-45/90/90/90/90/90/90/-45/-45/45/45/0/0/0 分别用有限元和复合材料力学方法计算其x、y 方向的等效模量(如表 1)。5 结语由上述算例可知, 复合材料力学方法和有限元方法计算其复 合材料的等效模量结果相同, 对于飞机复

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