復合材料加筋壁板軸壓承載能力試驗研究

劉東輝　龔偉明

摘 要：根據真實飛機結構確定了加筋壁板試驗件構型及試驗構型。采用固支方式引入軸壓載荷，逐級加載直至試驗件破壞。對試驗結果進行了分析，試驗結果表明結構具有很強的后屈曲承載能力，需要在結構設計中充分考慮以減輕結構重量。

關鍵詞：復合材料；加筋壁板；軸壓穩定性；U型筋條

引言

復合材料由于其比強度高、比模量高、材料可設計性強等一系列優點在飛行器結構的應用中得到了迅猛發展，應用已從次承力結構發展到機身、機翼、安定面等主承力結構。對于復合材料加筋壁板結構，國內外均進行了大量的剪切承載能力試驗，但由于實際應用部位、結構特點等各不相同，導致在試驗件構型、夾持方法等試驗上的細節設計也是各有差異。到目前為止，也沒有專門針對其中某一項參數進行過對比試驗，因此，試驗的設計沒有一個統一標準，每次試驗都是根據其規模、經費等因素決定試驗方案，這樣的試驗其結果的可信性也無法評判。鑒于此，亟需一種相對統一的試驗方法，以確保試驗結果的準確性和可靠性。

1 試驗構型

1.1 試驗件構型

真實飛機結構中，無論機翼還是機身的加筋壁板，加筋壁板都是作為完整結構的一部分存在。但加筋壁板軸壓承載能力試驗中加筋壁板的側邊為不連續結構，該差異需要在試驗件設計時進行考慮。綜合考慮真實結構的邊界條件和試驗件尺寸限制后，確定的試驗件U型加筋壁板試驗件材料采用某國產碳纖維單向帶預浸料，布置有4根加強筋，試驗件采用與真實飛機結構加筋壁板相同的工藝方法及工藝規范進行制造。加強筋采用U型加筋的形式。試驗件尺寸及應變片布置見圖1。

1.2 夾持方式

加筋壁板軸壓承載能力試驗采用固支方式引入載荷，為了使載荷引入更加均勻同時防止加載段過早破壞，在夾持的兩邊設置了加強片。加強片采用與加筋壁板相同的預浸料，每個加載邊左右兩側各布置一個加強片，加強片與加筋壁板通過J116-B粘接，膠層厚度不大于0.3mm。試驗件安裝見圖2。

1.3 試驗

正式試驗前先采用金屬平板試驗件對支持系數進行測定并調節支持邊界直至支持系數滿足試驗要求。支持邊界調節完成后開始正式試驗，加載直至試驗件破壞，試驗件破壞形式見圖3。

2 試驗結果

試驗件破壞形式見圖3，中間部分應變見圖4和圖5。最大試驗載荷為22991N，破壞形式同樣為U型長桁和蒙皮在端部處開裂。

由于試驗構型參考真實飛機結構，加強筋并沒有直接與橫向加強件連接，因此在試驗開始階段，載荷通過蒙皮傳遞和承載。隨后蒙皮發生局部屈曲，蒙皮仍能繼續承載，同時加強筋開始參與承載，直至結構最終破壞。

3 結束語

通過復合材料加筋壁板軸壓承載能力試驗及對試驗結果進行分析發現，即使對于復合材料薄壁加筋壁板結構，結構在發生屈曲后仍有較強的承載能力，因此在結構設計中應該充分考慮結構的后屈曲能力，充分利用結構的承載能力。

參考文獻

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作者簡介：劉東輝（1980，01-），男，漢族，陜西寶雞，本科，任職于中航通飛研究院有限公司，高級工程師，從事飛機結構設計工作。