模型一

設(shè)計(jì)思路：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)翼全長(zhǎng)4m,翼弦長(zhǎng)1m，前后兩根梁。于是利用abaqus軟件的殼單元建立了一個(gè)基本的機(jī)翼模型。

然后參考《實(shí)用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造》、《復(fù)合材料設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《復(fù)合材料力學(xué)》等資料，初步設(shè)計(jì)機(jī)翼采用蒙皮夾心結(jié)構(gòu)，上下表面分別鋪3層復(fù)合材料，考慮到機(jī)翼的工況采用[45/0/-45]鋪層方式，每層厚度為0.125mm，具體如圖2所示。中間夾心材料采用PMI泡沫，該材料具有突出的比強(qiáng)度和良好的耐蠕變性，可以很好的克服屈曲。夾心材料厚度初步擬定為5mm，進(jìn)行計(jì)算模擬，如果屈曲明顯則可加厚。

 

    考慮到梁是主要的承力部件，采用[-45/0/45/90]s鋪層方式，每層厚度為0.125mm，具體如圖3所示。

利用abaqus模擬計(jì)算時(shí)將工況環(huán)境簡(jiǎn)化，采用一端固定，在機(jī)翼下表面加載Y方向的升力，分布如圖5所示。

模型一的計(jì)算結(jié)果：

梁每層復(fù)合材料的應(yīng)力云圖

梁的計(jì)算結(jié)果分析：

從計(jì)算結(jié)果中不難發(fā)現(xiàn)，機(jī)翼前緣的梁承受的力要比尾部的梁大很多，可以考慮適當(dāng)加厚。對(duì)比各層復(fù)合材料的受力情況，0°的復(fù)合材料層受力明顯，可以適當(dāng)增加0°的復(fù)合材料層數(shù)。靠機(jī)身段的梁應(yīng)力集中明顯，可以在該部位適當(dāng)增加梁的厚度，也可考慮用工字梁強(qiáng)化該部位。

機(jī)翼每層復(fù)合材料的應(yīng)力云圖:

    從表中可以得出，模型的強(qiáng)度在材料的許用強(qiáng)度范圍內(nèi)，該設(shè)計(jì)符合強(qiáng)度要求。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)翼的最大變形量小于機(jī)翼展長(zhǎng)的1%，即40mm。而該模型的最大變形為67.2mm>40mm，該設(shè)計(jì)不符合變形要求。改模型的雙翼總質(zhì)量為13.8325 Kg。

模型二：

根據(jù)模型的計(jì)算結(jié)果對(duì)模型做以下修改：

1、將梁改為工字梁，相當(dāng)于在翼緣處加厚，梁的上下面鋪層為[-45/0/45/90]s，每層厚度為0.125mm。

2、增加梁的厚度，采用[-45/0/45/0/90/0/45/0/-45]s的鋪層方式

修改后模型的計(jì)算結(jié)果：

 

計(jì)算結(jié)果：

梁第二層的應(yīng)力如圖10分布，最大應(yīng)力不到模型一的64%，而且其他層應(yīng)力也大大減弱了。

機(jī)翼最外層復(fù)合材料的應(yīng)力如圖11所示，最大應(yīng)力只有模型一的65%，而且其他層應(yīng)力也大大減弱了。

圖12為機(jī)翼的變形云圖，最大位移為43.89mm>40mm,雖然還沒(méi)有達(dá)到變形要求，但是相對(duì)于模型一67.2mm已經(jīng)小很多了。改模型的雙翼總質(zhì)量為17.9024 Kg。

 

模型三：

在模型一的基礎(chǔ)上考慮加5個(gè)橫向的肋板，結(jié)構(gòu)如圖所示。肋板的鋪層和梁一樣，也是[-45/0/45/90]s的鋪層方式。

 

從表3中可以得出，模型的強(qiáng)度在材料的許用強(qiáng)度范圍內(nèi)，該設(shè)計(jì)符合強(qiáng)度要求。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)翼的最大變形量小于機(jī)翼展長(zhǎng)的1%，即40mm。而該模型的最大變形為30.06mm<40mm，該設(shè)計(jì)符合變形要求。單只機(jī)翼的總質(zhì)量為7.67842Kg。

加工工藝的選擇：

根據(jù)之前的設(shè)計(jì)，機(jī)翼外皮采用蒙皮夾心結(jié)構(gòu)，而梁和肋板是復(fù)合材料鋪層而成。目前考慮將梁和肋板一次成型，這樣有利于機(jī)翼的穩(wěn)定性。機(jī)翼外皮用RTM方法單獨(dú)成型，分前后在前梁處將機(jī)翼外皮分成兩個(gè)部分加工成型，如圖16所示。最后采用膠接將梁、肋板和機(jī)翼外皮連接在一起。

    考慮到該成型方法的不足，蒙皮和梁、肋板之間容易產(chǎn)生脫膠和分層，在肋條和梁的端頭加防止剝離的緊固件。

機(jī)翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案及強(qiáng)度計(jì)算.docx