湿热环境下复合材料蜂窝板的振动特性分析

来源 :中国民航大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:juzhaoyang
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复合材料蜂窝结构因具有金属结构不可比拟的优点,已愈发广泛地应用于飞机雷达罩、操纵舵面和翼肋等次承力结构处。但鉴于蜂窝结构特殊的材料特性和构造特点,其结构的性能对湿热等环境的变化非常敏感。因此,对蜂窝结构件的设计以及与之相关的持续适航条款的满足,必须充分考虑服役中预期的环境条件,如温度和湿度的影响。据此,本文将由复合材料层合板与Nomex蜂窝芯构成的蜂窝板作为研究对象,采用理论定性预测结合仿真定量分析的方法,探究湿热环境对其振动特性的影响。首先,基于分段剪切变形理论,考虑湿度与温度的等效性,求解了蜂窝板的振动控制方程。利用有限元软件ABAQUS,建立了四端固支的复合材料蜂窝板精细化模型。分别讨论了温度、吸湿量、温湿度联合作用对蜂窝薄板与厚板固有频率的影响。分析发现:(1)对于蜂窝板固有频率的变化,吸湿量每增加0.1%比温度升高10K更敏感;(2)相同的湿热环境下,蜂窝厚板结构的固有频率比薄板结构高;(3)温湿度的联合作用比它们单独作用的叠加,对蜂窝板固有频率的影响更大。其次,考虑到三明治夹芯板理论在保证运算精确度的前提下,运算效率相对较高,故采用此等效模型对含板芯脱胶复合材料蜂窝板在湿热环境下的振动特性展开分析。算例结果表明:(1)吸湿量在0.5%-0.75%之间时,25%脱胶面积的蜂窝板首先出现了屈曲效应;(2)当湿热应力达到一定程度时,脱胶面积的增加,会使蜂窝板结构更早地进入湿热屈曲的状态;(3)蜂窝板中心处脱胶对结构整体刚度降低的影响最大;(4)当湿热联合作用时,脱胶损伤在蜂窝板边缘的情况较损伤在中心的情况,受屈曲效应的影响更加明显。最后,依据相关民用客机的SRM(Structural Repair Manual,即结构修理手册),探讨了搭接长度和表面附加补片对湿热环境下阶梯挖补修理蜂窝板振动特性的影响。结果发现:(1)搭接长度的增加会使蜂窝板修理结构的整体刚度降低,导致固有频率减小;(2)相比于一阶固有频率,阶梯搭接长度的增加,使得二、三阶固有频率降低的比率受湿热环境的影响更明显;(3)表面附加补片个数由0增至2时,挖补修理蜂窝板的一阶固有频率持续降低,且下降的幅度近似与附加补片的个数成正比。
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