[发明专利]一种面向压剪稳定性的变刚度T型加筋板设计方法

说明书

本申请属于材料结构设计领域，特别涉及一种面向压剪稳定性的变刚度T型加筋板设计方法。该方法包括步骤S1、将所述T型加筋板设置为由蒙皮与T型筋条组成，所述T型筋条由平行于所述蒙皮的缘条及垂直于所述蒙皮的腹板两部分组成；步骤S2、将所述蒙皮与所述T型筋条均采用多层纤维进行铺设，其中外层进行直线铺放，部分内层基于给定的曲线方程进行曲线铺放，对每一层层合板，所述蒙皮采用具有设定宽度的预浸带同步铺放，所述T型筋条采用长纤维复合材料3D打印。本申请实现了面向压剪稳定性的变刚度T型加筋板设计与分析，对变刚度T型加筋板的优化提供了分析基础。

技术领域

本申请属于材料结构设计领域，特别涉及一种面向压剪稳定性的变刚度T型加筋板设计方法。

背景技术

复合材料加筋壁板作为现代飞机的“皮肤”，承担着维形、气密以及承载等功能，尤其随着蒙皮与筋条一体化成型的壁板结构应用，其承载作用日益突出。以机身壁板为例，不但要承受来自环向和轴向的载荷，还要承受来自径向的气压载荷，并且壁板上要开各种孔，用以满足功能实现或工艺需求。因此，作为飞机结构的重要组成部分，其结构形式多样，传载路径复杂，加筋壁板承载效率的优化提升成为提高飞机结构先进性的重要途径。

现有技术中，公开号为CN112078141A的中国发明专利提出了一种复合材料壁板用加强筋及使用方法，加强筋包括了连接部和侧腹板，该专利设计的加强筋能够避免加强筋与壁板装配时出现铺层褶皱或分层粘接，提高制造效率与成型质量。该专利整体是基于热压罐等传统成型工艺下的直线铺放复合材料加筋板的制备过程，与纤维曲线铺放工艺有较大区别。公开号为CN108688196A的中国发明专利提出了一种飞机复合材料壁板的成型方法和成型模具，重点在于包括上下模的成型模具，同样是针对传统热压罐真空成型过程设计的一套装置，并且涉及较少的设计方法。公开号为CN111590794A的中国发明专利提供的复合材料T型加筋壁板热压罐成型模结构及成型方法，与专利CN108688196A类似，主要是传统成型工艺的T型加筋板热压罐成型装置，无法解决变刚度结构的成型问题。

可以看到，现有技术均是基于传统加筋板结构成型过程，涉及到变刚度加筋壁板结构的设计与制造方向，目前尚没有相关专利产生。此外其他技术中涉及到面向压缩稳定性的变刚度复合材料层合板设计、分析与优化等技术，其核心是针对平板的压缩稳定性问题开展了变刚度复合材料理论参考路径规划、铺层规划以及基于Abaqus的压缩稳定性分析实现，并未到达加筋板层级，并且未考虑实际加工中预浸带宽度引起的缺陷等问题，距离实际的加工有一定距离。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本申请设计了一种新的蒙皮与筋条均变刚度的加筋板设计方法，并结合有限元建模，提出了一整套面向压剪稳定性的变刚度T型加筋板设计分析方法。

本申请提供的面向压剪稳定性的变刚度T型加筋板设计方法，主要包括：

步骤S1、将所述T型加筋板设置为由蒙皮与T型筋条组成，所述T型筋条由平行于所述蒙皮的缘条及垂直于所述蒙皮的腹板两部分组成；

步骤S2、将所述蒙皮与所述T型筋条均采用多层纤维进行铺设，其中外层进行直线铺放，部分内层基于给定的曲线方程进行曲线铺放，对每一层层合板，所述蒙皮采用具有设定宽度的预浸带同步铺放，所述T型筋条采用长纤维复合材料3D打印。

优选的是，步骤S2进一步包括给定曲线方程，具体包括：

步骤S21、在层合板中心点建立直角坐标系，x轴方向水平，y轴方向垂直，纤维方向与x轴的夹角定义为铺层角，给定层合板中心和边界处的曲线切向与x轴正方向的夹角分别为T₀和T₁，该曲线过原点并关于原点对称，根据夹角T₀、T₁及层合板沿x轴方向的长度设定一参考曲线T₀|T₁；