復合材料槳葉過渡剖面邊界區域應力傳遞邊界效應初探

余 洵，王 棟，吳堂珍，張 波

(1.中國直升機設計研究所，江西景德鎮 333001;2.陸航駐景德鎮地區軍事代表室，江西 景德鎮 333001)

0 引言

在標定某型機尾槳葉時，發現了一個以前不太在意的有趣現象［1］［2］:如圖 2 所示，在 530(或 480)剖面靠近后緣的應變片在擺振載荷作用下變形很小，如①號片;相反，靠近變距中心線的②號片就比①號片變形大多了。這與常理的平剖面假設規定不符，經過多次驗證，現象重復存在。后經過認真思考，認為這兩個剖面處于槳葉過渡剖面邊界區域(圖1)，可能存在邊界效應影響。

圖2 尾槳葉某剖面貼片位置示圖

1 尾槳葉標定

下面具體描述某型號一次尾槳葉標定工作的測量情況［3］:

圖3 尾槳葉某剖面初始貼片示圖

剖面1:預扭角:11°56ˊ，弦長220mm。

表1 530剖面最后的調片數據

剖面2:預扭角度:12°49ˊ，弦長220mm。

表3 480剖面最后的調片數據

表4 組橋后的耦合情況

2 平剖面假設理論

平剖面假設內容為:梁內變形和受力后，橫截面仍為平面，且仍與梁軸正交。

根據平剖面假設，梁受彎矩作用時，若梁底部各縱向纖維彎曲時伸長，則頂部各縱向纖維彎曲時縮短。由于變形的連續性，從伸長區到縮短區，中間必有一層纖維既不伸長又不縮短。這個長度不變的過渡層稱為中性層，中性層與橫截面的交線稱為中性軸。

概括地說，當梁彎曲時，所有橫截面仍保持平面，只是繞中性軸作相對轉動，而每根縱向纖維則都處于單向受力狀態，如圖4所示。

圖4 梁橫截面受彎應力分布示圖

3 有限元建模分析

根據上述現象，考慮到復合材料槳葉建模的復雜性，我們決定僅用有限元法做一定性分析驗證。

我們建了一個模擬某型號尾槳葉的袖套和翼型段模型(見圖5)，袖套和翼型段蒙皮用殼單元模擬，大梁用梁單元模擬。采用分析軟件MSC/NASTRAN計算。邊界條件:采用固支形式約束袖套的根部，如圖中黑色區域。為了簡化計算模型，袖套和翼型段蒙皮材料均假設為等效后的各向同性材料，彈性模量為48000MPa，泊松比為0.15;大梁的彈性模量為54600MPa，泊松比為 0.15。

圖5 有限元分析網格

應變計算結果:

圖6 上翼面應變計算結果

圖7 下翼面應變計算結果

4 結論與探討

通過有限元建模力學分析，我們可以看出:在我們定義的槳葉過渡剖面邊界區域，確實存在著“離中性軸越遠，其應變(或應力)越小”的反“平剖面假設”現象。

因此，在實際型號工作中，在靠近圖1所示的過渡剖面邊界區域的剖面貼片時，擺振貼片不要太靠近后緣。舉一反三，在槳葉或有邊界影響的其它部件貼片時，要合理安排貼片剖面，不要離有邊界效應的區域太近，要注意邊界效應對測試結果的影響。

［1］余洵 .一種高效率的槳葉載荷標定方法［J］.直升機技術，2001(2):9-11.

［2］余洵.旋翼槳葉載荷測量中的解耦方法研究［J］.直升機技術，2010(4):8-10.

［3］楊廣根，等.高新工程國產化尾槳葉標定報告［R］.內部技術報告，2008.