含损伤直升机复合材料桨叶完整性分析

admin · 发表于 2024-2-2 08:55:42

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桨叶是直升机最重要的部件之一，也是最容易受到损伤的部件。桨叶的损伤不仅会导致结构强度的降低，还会引起振动特性的改变，进而影响升力系统的振动特性和全机的动态响应，甚至有可能引起旋翼与机身的共振，直接影响直升机的飞行安全。因此，国内外学者对直升机桨叶结构完整性进行了很多研究。目前，对金属桨叶的结构完整性和复合材料层合板研究较多，而对复合材料桨叶的结构完整性研究还相对较少。本文以通用有限元软件ANSYS为平台，应用其内嵌的参数化编程语言（APDL）开发了一系列可用于复合材料桨叶完整性分析的通用程序。以某型号直升机复合材料旋翼桨叶为研究对象，应用这些程序对其进行结构完整性分析。静强度分析表明，桨叶后大梁与加强梁过渡段应力集中最大，蒙皮与加强梁相连处也有较大的应力集中，危险部位为桨叶根部、后大梁与加强梁过渡段，危险结构为大梁、加强梁和蒙皮。虽然不同结构之间应力大小存在较大差异，但应力分配非常合理，满足静强度要求。振动分析表明，随着转速的增加，桨叶各阶挥舞频率均有提高，摆振频率提高较小，扭转频率略有降低。额定转速下，桨叶的前10阶模态和频率能够满足固有特性设计要求。在工作转速范围内，不会发生共振失效，满足固有特性设计要求。穿孔损伤一般不会引起桨叶固有模态的改变，但会使桨叶固有振动频率发生变化，对桨叶振动频率的影响程度与主承力结构的损伤程度有关，主承力结构的损伤程度取决于损伤发生的位置、大小和方向。损伤容限分析表明，穿孔损伤发生的位置对桨叶损伤容限影响最大，相同孔径和方向的穿孔损伤发生在边缘与发生在中间相比，会导致桨叶起始静强度失效转速和起始振动失效转速大大降低。桨叶的起始振动失效转速一般低于起始静强度失效转速。因此，对桨叶进行损伤容限分析时应重点考察损伤对桨叶振动特性的影响。本文的工作与前人关于复合材料结构完整性研究一起，为直升机复合材料桨叶结构完整性的进一步研究，乃至最终建立一套系统、完备的直升机复合材料桨叶结构完整性评定和设计体系奠定了一定的理论基础。

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