翼的结构 机翼结构设计方案及强度计算

模型一

设计思路:根据设计要求，机翼总长4m，弦长1m，前后两个横梁。为此，利用abaqus软件的壳单元建立了基本的机翼模型。

然后，参考《实用飞机复合材料结构设计与制造》、《复合材料设计手册》、《复合材料力学》等资料，初步设计机翼采用上下表面分别为三层复合材料的夹层结构。考虑到机翼的工作条件，采用【45/0/-45】层，每层厚度为0.125mm，如图2所示。采用PMI泡沫作为夹层材料，具有突出的比强度和良好的抗蠕变性，能很好地克服屈曲。夹层材料厚度初步确定为5mm，如果屈曲明显可以加厚。

考虑到梁是主要承重构件，采用[-45/0/45/90]s层，每层厚度为0.125mm，如图3所示。

在abaqus仿真计算中，简化了工作环境，一端固定，Y方向升力加载在机翼下表面，分布如图5所示。

模型一的计算结果:

梁各层复合材料的应力云图

梁的计算结果分析；

从计算结果来看，不难发现机翼前缘横梁所受的力远大于尾部，可以考虑适当加厚。对比每层复合材料的应力，0度复合材料层的应力明显，0度复合材料层的数量可以适当增加。靠近机身段的横梁应力集中比较明显，可以在这个位置适当增加横梁的厚度，也可以考虑用工字钢加强这个位置。

机翼各层复合材料的应力云图；

从表中可以得出，模型的强度在材料的允许强度范围内，设计满足强度要求。根据设计要求，机翼的最大变形小于机翼翼展的1%，即40mm。该型号最大变形67.2 mm >: 40mm，设计不满足变形要求。修改后的型号总质量为13.8325 Kg。

模型2:

根据模型的计算结果，对模型进行以下修改:

1.将梁改为工字梁，相当于法兰处加厚。横梁上下两层为[-45/0/45/90]s，每层厚度为0.125mm..

2.增加梁的厚度，采用[-45/0/45/0/90/0/45/0/-45]s的摊铺方法

修改后模型的计算结果:

计算结果:

梁的第二层应力分布如图10所示，最大应力小于第一模型的64%，其他层的应力大大降低。

机翼最外层复合材料的应力如图11所示。最大应力仅为模型1的65%，其他各层应力大幅降低。

图12是机翼的变形云图，最大位移为43.89 mm >: 40mm，虽然还没有达到变形要求，但比第一个模型的67.2 mm小很多，修改后的模型总质量为17.9024 Kg。

模式3:

在模型一的基础上，考虑增加五根横肋，结构如图。和横梁一样，肋骨的铺设是[-45/0/45/90] s。

从表3可以得出，模型的强度在材料的允许强度范围内，设计满足强度要求。根据设计要求，机翼的最大变形小于机翼翼展的1%，即40mm。该模型的最大变形为30.06毫米

加工工艺的选择:

根据以前的设计，机翼的外壳采用蒙皮-核心结构，而梁和肋采用复合材料层压。目前考虑的是一次成型梁和肋，有利于机翼的稳定。机翼蒙皮采用RTM方法单独成型，机翼蒙皮在前梁处分为两部分，如图16所示。最后，梁、肋和机翼蒙皮通过胶合连接在一起。

考虑到这种成型方法的缺点，蒙皮与梁和肋之间容易发生脱粘和分层。肋和梁的端部增加了防止剥落的紧固件。

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