仿真分析在壁板及前缘结构固化变形预测及控制(2) - 地学前缘杂志社投稿_期刊论文发表|版面费|电话|编辑部|论文发表- 地学前缘

来稿应自觉遵守国家有关著作权法律法规，不得侵犯他人版权或其他权利，如果出现问题作者文责自负，而且本刊将依法追究侵权行为给本刊造成的损失责任。本刊对录用稿有修改、删节权。经本刊通知进行修改的稿件或被采用的稿件，作者必须保证本刊的独立发表权。一、投稿方式： 1、请从我刊官网直接投稿。 2、请从我编辑部编辑的推广链接进入我刊投审稿系统进行投稿。二、稿件著作权： 1、投稿人保证其向我刊所投之作品是其本人或与他人合作创作之成果，或对所投作品拥有合法的著作权，无第三人对其作品提出可成立之权利主张。 2、投稿人保证向我刊所投之稿件，尚未在任何媒体上发表。 3、投稿人保证其作品不含有违反宪法、法律及损害社会公共利益之内容。 4、投稿人向我刊所投之作品不得同时向第三方投送，即不允许一稿多投。 5、投稿人授予我刊享有作品专有使用权的方式包括但不限于：通过网络向公众传播、复制、摘编、表演、播放、展览、发行、摄制电影、电视、录像制品、录制录音制品、制作数字化制品、改编、翻译、注释、编辑，以及出版、许可其他媒体、网站及单位转载、摘编、播放、录制、翻译、注释、编辑、改编、摄制。 6、第5条所述之网络是指通过我刊官网。 7、投稿人委托我刊声明，未经我方许可，任何网站、媒体、组织不得转载、摘编其作品。

仿真分析在壁板及前缘结构固化变形预测及控制(2)

作者:

关键词:

摘要：

2.2 变形计算算法

依据数模进行有限元建模，在丢层区域(铺层过渡区)采用厚区铺层；按照设计要求的结构铺层进行有限元参数输入，该结构共分为三类不同铺层(蒙皮类、5#长桁类、9#长桁类)，如图3所示。表1所示为模型中不同的铺层类型列表，模型共32种铺层。

表1 铺层类型Table 1 Different types of the lay-upLay-up GroupLay-up NumberSkinSKIN01～SKIN06String05(same as String06)STR_5_1～STR_5_4, STR_6_1～STR_6_4String09(same as String10)STR_9_1～STR_9_9, STR_10_1～STR_10_9

图3 实体离散化模型Fig.3 FEM model

计算时在制件中心附近三个节点处进行固支处理，计算中考虑了结构在固化过程中的固化收缩应力以及降温导致的热应力。模型计算共分两个载荷步，第一个载荷步为固化收缩过程(对模型整体施加20 ℃等效温差模拟计算)；第二个载荷步为降温阶段模拟(对模型施加180～25 ℃的温差)。采用ANSYS软件对复合材料计算特有的层单元(solid185)进行计算。按照X850材料的固化制度进行分析计算。

仿真计算各方向变形云图如图4所示。从综合变形云图分析，对于整体固化后的加筋壁板，其变形趋势为对角翘曲，变形最大区域存在于靠近10#长桁梢部的蒙皮角点处。

2.3 固化后蒙皮翘曲分析

利用Digitized Shape Editor进行零件贴模面变形分析，结果如图5所示。将贴模面节点变形结果输入蒙皮数模中进行对比，其分析结果与有限元后处理结果变形趋势一致。制件以中心为基点，在蒙皮四个角点处存在翘曲现象。图中右上及左下角区域位移为正，左上及右下角区域位移为负。最大位移处发生在靠近10#长桁梢部的蒙皮角点，最大变形量为3.52 mm。

图4 固化变形云图壁板 (a) X向变形云图； (b) 壁板Y向变形云图； (c) 壁板Z向变形云图； (d) 壁板综合变形云图Fig.4 PID of the wing panel (a) PID of panel in X-direction; (b) PID of panel in Y-direction;(c) PID of panel in Z-direction; (d) PID of panel in total

2.4 变形主要因素分析

将壁板变形情况与仅有蒙皮固化的变形情况对比，仅有蒙皮固化的变形情况如图6所示。对比图5及图6可知：在无长桁参与固化时，蒙皮各处均呈向上翘曲的趋势，且存在稍许对角翘曲的趋势；而当加入长桁一并固化后，蒙皮对角翘曲的趋势增大。可见长桁的固化影响着整个壁板的固化变形情况。

图5 蒙皮贴模面外形偏差分析Fig.5 Deviation analysis of the PID in the skin

图6 蒙皮单独固化后变形情况示意图Fig.6 PID of the cured skin

分析长桁影响壁板变形情况的原因，对5#及9#长桁分别进行计算，模拟长桁单独固化后的变形情况。图7所示为5#长桁单独固化后的变形预测情况。从图中可以看出，长桁固化后基本呈现两端向下弯的趋势，最大变形量为1.372 mm。

图8所示为9#长桁单独固化后的变形预测情况。从图中可以看出，长桁固化后也基本呈现两端向下弯的趋势，但变形量远不如5#长桁变形量大，其向下最大位移为0.31 mm，与5#长桁相比，9#长桁的下弯趋势几乎可以忽略。

图9所示为整体壁板固化后残余应力分布，从图中可以看出除9#及10#长桁外，壁板其余部分VonMises应力分布均匀；在9#及10#长桁处存在应力集中现象，应力集中分布在长桁与壁板胶接处。

根据以上分析，加筋壁板固化后之所以发生较为明显的对角翘曲的现象，其原因在于5#及6#长桁固化后两端向下弯曲导致蒙皮与长桁随型，出现对角翘曲变形；9#及10#长桁虽然基本不变形，但此时蒙皮已与5#及6#长桁随型，其对角翘曲的趋势将强迫9#及10#长桁跟随蒙皮变形，故在9#及10#长桁与蒙皮胶接处出现应力集中。

图7 5#长桁固化变形云图 (a) 5#长桁X向变形云图; (b) 5#长桁Y向变形云图; (c) 5#长桁Z向变形云图; (d) 5#长桁综合变形云图Fig.7 PID of stringer 05 (a) PID of stringer 05 in X-direction; (b) PID of stringer 05 in Y-direction;(c) PID of stringer 05 in Z-direction; (d) PID of stringer 05 in total

图8 9#长桁固化变形云图 (a) 9#长桁X向变形云图; (b) 9#长桁Y向变形云图; (c) 5#长桁Z向变形云图; (d) 5#长桁综合变形云图Fig.8 PID of stringer 09 (a) PID of stringer 09 in X-direction; (b) PID of stringer 09 in Y-direction;(c) PID of stringer 09 in Z-direction; (d) PID of stringer 09 in total

图9 整体壁板固化变形云图(放大系数15倍)Fig.9 Von Mises Stress distribution in the panel(scaling 15x)

综上分析，得到如下研究结论：四筋壁板蒙皮固化后呈现向上翘曲的趋势，翘曲趋势为以中心为基点，其余部分皆向上翘起，尤以四个自由边翘曲量为最；蒙皮四角翘曲量值不一，呈现对角翘曲的趋势，翘曲量最大值为0.833 mm；四筋壁板固化后呈现对角翘曲的趋势，以靠近10#长桁端部的蒙皮角点处为最，最大变形量为3.52 mm；加筋壁板长桁及蒙皮整体固化后的变形趋势不同于蒙皮单独固化后的变形趋势，其原因是固化过程中长桁的变形作用所致。

文章来源：《地学前缘》网址: http://www.dxqyzz.cn/qikandaodu/2021/0302/422.html