直升机复合材料桨叶疲劳渐进损伤分析方法研究
旋翼桨叶是直升机的核心部件，承受复杂的周期交变载荷作用，疲劳问题十分突出，直接影响直升机的安全可靠性和经济性。目前，直升机旋翼桨叶广泛采用复合材料，使桨叶疲劳寿命得到大幅提高，但桨叶的疲劳设计仍采用以安全寿命为基础的设计方法，靠限制工作应力水平和S-N曲线的大幅度减缩来保证疲劳寿命，使复合材料的潜力得不到充分发挥。本文从复合材料疲劳损伤过程的机理模拟入手，建立了一种新的预估复合材料桨叶疲劳特性的方法，对于提高桨叶疲劳寿命预估可靠性，发掘复合材料桨叶的寿命潜力具有重要的理论意义和工程实用价值。 在理论建模方面，本文从复合材料结构疲劳损伤的机理出发，在应力应变关系中引入损伤度量矩阵方程，推导了渐进损伤过程的本构关系，基于直升机桨叶复合材料的静载与疲劳试验提出了材料性能的退化模型，采用Hashin失效准则来判定材料局部是否失效，最终建立了复合材料结构渐进损伤模拟的理论模型。 在渐进损伤分析的数值计算方面，本文基于有限元方法，对其主要的关键步骤作了深入的研究，利用修正N-R方法发展了非线性应力分析、失效判断及材料性能退化的增量计算过程，最后编写了面向复合材料桨叶渐进损伤分析的有限元计算程序。 在实验研究方面，本文完成了直升机桨叶的复合材料疲劳特性实验，基于实验数据确定了损伤及材料性能的退化模型；同时，利用本文发展的渐进损伤分析方法完成了复合材料单向板、多向板静强度和疲劳寿命的预测，理论分析与试验结果吻合良好；最后，开展了直九直升机复合材料桨叶桨根段疲劳渐进损伤分析研究，获得桨根段疲劳渐进损伤过程的失效模式、刚度降特性，理论分析结果与桨根段疲劳试验数据吻合良好，验证了本文理论模型和分析方法的有效性。
直升机;旋翼桨叶;复合材料;疲劳渐进损伤;分析方法
南京航空航天大学
硕士
飞行器设计
刘勇
2011
中文
V275.1
94
2013-04-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）