帽形桁条排布结构和胶接作用对碳纤维复合材料蒙皮固化变形影响的研究

1

作者 高翔 胡建冬 +3 位作者 谢小林 李文博 王子强 安林 《复合材料科学与工程》 北大核心 2025年第10期105-113,共9页

本文基于碳纤维复合材料蒙皮固化有限元模型,分析计算固化度､玻璃化转变温度､内应力和应变随时间的变化,进一步比较帽形桁条排布结构和胶接作用对复合材料蒙皮残余应力和固化变形的影响,并通过试验验证。结果表明,无桁条时复合材料蒙皮... 本文基于碳纤维复合材料蒙皮固化有限元模型,分析计算固化度､玻璃化转变温度､内应力和应变随时间的变化,进一步比较帽形桁条排布结构和胶接作用对复合材料蒙皮残余应力和固化变形的影响,并通过试验验证。结果表明,无桁条时复合材料蒙皮脱模后内应力达到49.1 MPa,当考虑桁条与蒙皮的胶接作用时,内应力增大到51.7 MPa。蒙皮长度和宽度方向沿中心收缩变形量为0.19~0.31 mm,蒙皮的翘曲变形受模具黏结和桁条胶接的共同作用,且桁条胶接作用影响更大。随着胶接面积减小,复合材料蒙皮翘曲变形从2.50 mm减小到1.19 mm,变形分布也更均匀。中间桁条对翘曲变形的影响大于外侧桁条的影响,残余应力集中也更明显。 展开更多

关键词 复合材料蒙皮 固化变形 帽形桁条 有限元分析

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复合材料制件转角区厚度偏差分析及改进研究

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作者 熊文磊 《复合材料科学与工程》 北大核心 2025年第6期64-70,共7页

采用热压罐工艺成型带转角的复合材料零件时,由于结构原因,复合材料零件的转角区存在压力差,导致零件固化后阴角偏厚,阳角偏薄。以帽形长桁为研究对象,对复合材料热压罐工艺转角区厚度偏差的原因及关键影响因素进行了分析,并针对性地进... 采用热压罐工艺成型带转角的复合材料零件时,由于结构原因,复合材料零件的转角区存在压力差,导致零件固化后阴角偏厚,阳角偏薄。以帽形长桁为研究对象,对复合材料热压罐工艺转角区厚度偏差的原因及关键影响因素进行了分析,并针对性地进行了试验验证。根据理论分析及试验验证结果可知,转角区厚度偏差程度与转角区R角大小及厚度的比值(R/t)直接相关,R/t值越小转角区厚度偏差越大。在R/t值确定的情况下,减小试验件固化封装时转角区辅料的厚度和架桥风险,如在转角区采用裁开的玻璃布替代整块透气毡作为试验件固化时的导气材料,可明显改善转角区的厚度偏差和成型质量。 展开更多

关键词 复合材料 热压罐工艺 帽形长桁 转角 厚度

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民机复合材料帽型长桁压缩承载力分析与试验 被引量：6

3

作者 张绪 冯瑞 +2 位作者 张晔 郭卫 刘富 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第S02期215-221,共7页

为了验证民机复合材料帽型长桁压缩承载力分析方法的合理性,设计了某碳纤维复合材料单向带预浸料和织物预浸料混合铺层组成的帽型长桁结构试验件并对其进行了压缩承载力试验。试验结果表明,随着载荷的增加,长桁帽底蒙皮和帽腰、帽脚发... 为了验证民机复合材料帽型长桁压缩承载力分析方法的合理性,设计了某碳纤维复合材料单向带预浸料和织物预浸料混合铺层组成的帽型长桁结构试验件并对其进行了压缩承载力试验。试验结果表明,随着载荷的增加,长桁帽底蒙皮和帽腰、帽脚发生局部屈曲,进而使长桁发生压损破坏。分别利用工程计算方法和有限元分析方法计算长桁的初始屈曲载荷和压损强度。工程分析方法得到的计算结果小于试验结果,保守量分别为37.5%和27.6%;有限元分析得到的初始屈曲载荷和压损强度与试验结果均较接近,误差分别为1.4%和2.3%;对比分析表明,复合材料帽型长桁压缩承载力的工程分析方法较为保守,可保证结构设计的安全性。 展开更多

关键词 碳纤维复合材料 帽型长桁 局部屈曲 压损

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复合材料加筋板轴压后屈曲及承载有限元分析 被引量：7

4

作者 王维阳 李伟 曹奇凯 《计算机仿真》 北大核心 2022年第5期474-479,共6页

基于Mindlin板理论和拟协调层板单元理论构建了帽形复合材料加筋壁板层合板屈曲及后屈曲行为的有限元求解列式。采用Hoffman准则针对单层板的破坏效应进行描述。采用弧长法和基于渐近分析的路径转换技术定义了三种逐渐破坏状态,进一步... 基于Mindlin板理论和拟协调层板单元理论构建了帽形复合材料加筋壁板层合板屈曲及后屈曲行为的有限元求解列式。采用Hoffman准则针对单层板的破坏效应进行描述。采用弧长法和基于渐近分析的路径转换技术定义了三种逐渐破坏状态,进一步确定了壁板的后屈曲承载能力。通过板梁结构的数值分析对本文层合板方法的有效性进行了验证。进一步针对典型的帽形长桁复合材料壁板结构屈曲及后屈曲行为进行了数值分析,预测了临界压力和后屈曲承载极限。方法的构建为复杂的长桁加筋结构板屈曲临界荷载预测及后屈曲承载能力预测提供了理论及软件技术基础,为进一步类似复杂加筋复合材料结构设计和优化提供了有效方法,可有效降低试验成本并提高设计效率。 展开更多

关键词 帽形长桁 复合材料 后屈曲 数值模拟 有限元方法

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复材帽形长桁压损失效与试验验证 被引量：1

5

作者 程立平 袁菲 +2 位作者 于飞 刘富 陈向明 《工程与试验》 2022年第3期43-45,共3页

为研究复材帽形长桁的失效行为,针对碳纤维增强树脂基复合材料帽形长桁的压损失效,提出了一种快速的有限元数值模拟方法。基于Tsai-Hill失效判断准则,利用Abaqus软件进行非线性求解,得到了长桁压损失效临界载荷。制造了6种不同尺寸的帽... 为研究复材帽形长桁的失效行为,针对碳纤维增强树脂基复合材料帽形长桁的压损失效,提出了一种快速的有限元数值模拟方法。基于Tsai-Hill失效判断准则,利用Abaqus软件进行非线性求解,得到了长桁压损失效临界载荷。制造了6种不同尺寸的帽形长桁进行长桁压损试验,对比载荷位移曲线、结构失效载荷以及破坏模式,结果表明,该有限元数值模拟方法与试验结果一致性好,验证了分析方法的正确性,为长桁的设计分析提供了支持。 展开更多

关键词 帽形长桁 有限元法 试验 失效载荷

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帽型加筋机身曲板后屈曲设计研究

6

作者 袁菲 林国伟 +1 位作者 李新祥 陈向明 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1408-1418,共11页

复合材料加筋壁板结构广泛应用于现代飞机中,此类结构在工作状态下容易发生屈曲。大量试验表明,飞机复合材料加筋薄壁结构具有可观的后屈曲承载能力。提出了含内包层和无内包层帽型加筋机身曲板设计方案,使用Abaqus计算了有内包层和无... 复合材料加筋壁板结构广泛应用于现代飞机中,此类结构在工作状态下容易发生屈曲。大量试验表明,飞机复合材料加筋薄壁结构具有可观的后屈曲承载能力。提出了含内包层和无内包层帽型加筋机身曲板设计方案,使用Abaqus计算了有内包层和无内包层两种曲板在轴压载荷、纯剪切载荷、压剪复合载荷下的屈曲载荷、承载能力以及破坏模式。模型中使用蔡-吴准则作为复合材料的失效判据,损伤演化采用子程序Usdfld实现。分析发现,帽型筋条的内包层可以显著提高结构的后屈曲承载能力,延长结构的后屈曲历程。 展开更多

关键词 复合材料 机身曲板 内包层 帽型筋条 后屈曲

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复合材料帽型加筋板冲击损伤后的弯曲性能 被引量：7

7

作者 张永强 刘龙权 余音 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2020年第6期32-36,51,共6页

为了探究复合材料帽型加筋板在受到冲击损伤后抗弯刚度折减和强度降低的情况,以及对筋条R区填充捻子条的影响,在无损伤情况和预制特定冲击损伤情况下对两种构型的帽型加筋板进行四点弯曲试验。借助超声无损探伤设备检测损伤情况,并分析... 为了探究复合材料帽型加筋板在受到冲击损伤后抗弯刚度折减和强度降低的情况,以及对筋条R区填充捻子条的影响,在无损伤情况和预制特定冲击损伤情况下对两种构型的帽型加筋板进行四点弯曲试验。借助超声无损探伤设备检测损伤情况,并分析试验件载荷-位移曲线和应变等信息。结果表明:冲击损伤影响了复合材料帽型加筋板在承受弯曲时的刚度强度以及损伤扩展过程,在帽型加强筋R区填充捻子条可以提高加筋板的抗弯刚度和初始破坏载荷,但弯曲性能受冲击损伤影响更大。本研究可为飞行器、船舶、汽车的复合材料结构设计提供参考依据。 展开更多

关键词 帽型筋条 捻子条 冲击损伤 弯曲性能 脱黏

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民用飞机复合材料帽型加筋夹角研究

8

作者 何周理 李旭辉 《高科技纤维与应用》 2021年第4期32-37,共6页

在民用飞机复合材料帽型加筋壁板初步设计时,帽型加筋的夹角影响壁板的初始屈曲载荷大小。本文通过工程算法可快速得到初始屈曲载荷随着帽型加筋夹角的变化趋势,确定最优夹角;分别通过有限元模拟和试验测试验证了工程算法得到的变化趋... 在民用飞机复合材料帽型加筋壁板初步设计时,帽型加筋的夹角影响壁板的初始屈曲载荷大小。本文通过工程算法可快速得到初始屈曲载荷随着帽型加筋夹角的变化趋势,确定最优夹角;分别通过有限元模拟和试验测试验证了工程算法得到的变化趋势和最优夹角的正确性;同时表明工程算法得到的初始屈曲载荷小于试验测试结果,说明工程算法偏保守,可为设计师在初步尺寸设计时提供参考;有限元分析得到的初始屈曲载荷与试验结果较接近,说明有限元分析可作为强度校核的一种手段。 展开更多

关键词 复合材料 帽型加筋 初始屈曲 有限元 试验

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热模压预成型工艺参数对复合材料帽型长桁质量的影响 被引量：15

9

作者 李哲夫 谈源 +3 位作者 张俭 岳广全 刘卫平 孙宝忠 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期3270-3280,共11页

本文采用热模压预成装置将碳纤维单向预浸料层板制备成帽型结构长桁预成型体,通过对不同工艺条件下制备的帽型长桁预成型体的表观质量、厚度和纤维偏转角度进行检测,考察和分析了成型温度和速度对预成型体质量的影响规律。当成型温度较... 本文采用热模压预成装置将碳纤维单向预浸料层板制备成帽型结构长桁预成型体,通过对不同工艺条件下制备的帽型长桁预成型体的表观质量、厚度和纤维偏转角度进行检测,考察和分析了成型温度和速度对预成型体质量的影响规律。当成型温度较低时,由于树脂的黏度较高,预浸料层间摩擦力较大。预成型体表面出现褶皱现象,并且纤维由于受到层间剪切的作用而出现角度偏转。当成型温度较高时,树脂受到压力作用更易流动。这不仅降低了预成型体的厚度,同时也减弱了树脂束缚纤维的能力,使纤维偏转角度增加。而当成型速度增加时,预浸料层间的摩擦力使纤维的偏转角度增大。因此在预成型过程中,为了提高预成型质量,工艺温度和成型速度应控制在一定范围内。 展开更多

关键词 复合材料预成型体 帽型长桁 预浸料 成型质量 纤维变形

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船体复合材料帽型加筋板渐进破坏分析 被引量：5

10

作者 崔进 肖文莹 李想 《舰船科学技术》 北大核心 2021年第3期20-25,共6页

复合材料加筋板复杂的破坏过程与失效形式增加了应用难度。以面外均布载荷与面内压缩联合作用下的夹芯复合材料帽型加筋板为研究对象,在通过试验结果验证非线性有限元方法准确性的基础上,基于复合材料的hashin准则与胶层界面的最大应力... 复合材料加筋板复杂的破坏过程与失效形式增加了应用难度。以面外均布载荷与面内压缩联合作用下的夹芯复合材料帽型加筋板为研究对象,在通过试验结果验证非线性有限元方法准确性的基础上,基于复合材料的hashin准则与胶层界面的最大应力准则展开渐进破坏分析,讨论了极限载荷、破坏模式及失效机理。采用有限元子模型技术对中段破坏区域建模,基于Shokrieh-Hashin准则进行局部破坏分析,讨论蒙皮的铺层损伤规律。结果表明:加筋板呈整体一阶屈曲破坏,极限载荷为316.8 kN;壁板下蒙皮的纤维压缩失效是导致加筋板整体破坏的原因;各铺层的面内失效规律基本相同,蒙皮的纤维压缩失效从外层逐渐向内层扩展,且扩展速率逐渐降低。 展开更多

关键词 复合材料 帽型加筋板 极限承载力 渐进破坏 子模型

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大型机身复合材料加筋壁板制造技术及应用 被引量：10

11

作者 薛向晨 王犇 +3 位作者 胡江波 梁宪珠 郑晓玲 陈萍 《航空制造技术》 2019年第16期88-93,共6页

复合材料机身是我国新研制的大型民用客机的重要结构之一,其制造工艺直接影响产品的质量一致性、产能、成本等,传统手工为主的制造技术已远远不能满足当前要求。为了验证大型机身复合材料帽型加筋壁板的自动化成型工艺进行了多方位的研... 复合材料机身是我国新研制的大型民用客机的重要结构之一,其制造工艺直接影响产品的质量一致性、产能、成本等,传统手工为主的制造技术已远远不能满足当前要求。为了验证大型机身复合材料帽型加筋壁板的自动化成型工艺进行了多方位的研究探索和验证,通过串联自动铺带、自动铺丝、长桁毛坯的叠层滑移成形、填充芯材自动成形、长桁定位等工艺,完成了大型壁板的制造。研究表明,选择的壁板制造工艺技术风险低,质量一致性高,为大型复合材料机身帽型加筋壁板的自动化制造提供了基础。 展开更多

关键词 复合材料 机身壁板 帽形长桁 叠层滑移 自动化

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叠层滑移工艺制造大型机身帽型长桁 被引量：4

12

作者 薛向晨 胡江波 +3 位作者 王犇 梁宪珠 郑晓玲 陈萍 《航空制造技术》 2020年第4期62-67,共6页

叠层滑移工艺是自动化制造大型帽型长桁的一种新工艺,为验证该工艺进行了多方位的研究探索和验证,通过串联自动铺带、超声切割、长桁毛坯的叠层滑移成形、热压罐固化等工艺,完成了大型机身帽形长桁的制造。采用多种手段对长桁的质量进... 叠层滑移工艺是自动化制造大型帽型长桁的一种新工艺,为验证该工艺进行了多方位的研究探索和验证,通过串联自动铺带、超声切割、长桁毛坯的叠层滑移成形、热压罐固化等工艺,完成了大型机身帽形长桁的制造。采用多种手段对长桁的质量进行了检查。研究结果表明,该套工艺技术风险低,质量一致性高,为大型复合材料长桁的自动化制造提供了技术基础。 展开更多

关键词 复合材料 帽形长桁 叠层滑移 自动化 褶皱 面内屈曲

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热压罐工艺帽型加筋壁板长桁胶接变形问题 被引量：9

13

作者 熊文磊 苏佳智 +3 位作者 刘小林 韩小勇 戚经革 宋天成 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期250-258,共9页

采用"干长桁+湿蒙皮"共胶接工艺制造复合材料帽型加筋壁板零件时,发现长桁在胶接固化后普遍存在压塌式变形及胶接面胶层厚度不均匀的现象。为改善上述问题以实现复合材料帽型加筋壁板的高精度成型,通过试验件的制造和检测收... 采用"干长桁+湿蒙皮"共胶接工艺制造复合材料帽型加筋壁板零件时,发现长桁在胶接固化后普遍存在压塌式变形及胶接面胶层厚度不均匀的现象。为改善上述问题以实现复合材料帽型加筋壁板的高精度成型,通过试验件的制造和检测收集了长桁胶接前后的变形数据及胶接后的胶层厚度数据,分析了长桁在热压罐中胶接时的受力状态及导致长桁变形的主要原因,并采用有限元模拟对分析进行了验证。结果表明:帽型长桁在胶接后确实发生了压塌式变形,长桁胶接时帽顶R区的内外压力差及长桁缘条侧边加压不充分是导致变形的主要原因。将长桁缘条侧边倒成斜边或可减小这种变形的程度。 展开更多

关键词 树脂基复合材料 热压罐 共胶接 帽型长桁 加筋壁板 变形

原文传递

基于局部屈曲、压损载荷的帽型长桁截面优化设计 被引量：3

14

作者 刘卫 何周理 《民用飞机设计与研究》 2018年第2期85-89,共5页

由于帽型长桁的截面尺寸较大,其两边突缘与蒙皮相连形成一个闭合截面,具有很高的受压稳定性,因此被广泛应用于复合材料机身壁板。在局部屈曲和压损载荷下,用MATLAB线性优化帽型长桁截面尺寸,并得出帽型长桁局部屈曲载荷与帽底宽度,帽腰... 由于帽型长桁的截面尺寸较大,其两边突缘与蒙皮相连形成一个闭合截面,具有很高的受压稳定性,因此被广泛应用于复合材料机身壁板。在局部屈曲和压损载荷下,用MATLAB线性优化帽型长桁截面尺寸,并得出帽型长桁局部屈曲载荷与帽底宽度,帽腰和帽底夹角的关系曲线;压损载荷与帽底宽度,帽腰和帽底夹角的关系曲线,为设计师在初步尺寸设计时提供参考。 展开更多

关键词 帽型长桁 局部屈曲 压损 截面优化

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复合材料帽型加筋壁板结构VARI工艺模拟与制造技术研究 被引量：2

15

作者 陈吉平 钟震超 +2 位作者 刘宇婷 郑义珠 宁博 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2021年第8期105-111,共7页

采用PAM-RTM软件,对帽型加筋壁板结构进行了树脂流道仿真与设计。过程中,分别对注射口和溢料口在蒙皮、筋条等典型区域的分布位置和数量,树脂重力及注射溢料开关顺序对壁板树脂渗透效果及注射时间的影响进行了分析对比。仿真结果表明:... 采用PAM-RTM软件,对帽型加筋壁板结构进行了树脂流道仿真与设计。过程中,分别对注射口和溢料口在蒙皮、筋条等典型区域的分布位置和数量,树脂重力及注射溢料开关顺序对壁板树脂渗透效果及注射时间的影响进行了分析对比。仿真结果表明:采用蒙皮边缘两端注射帽顶溢料、从零件边缘向中央区域依次关闭溢料口的流道设计,零件出现缺陷的概率最小。以此仿真结果为参考,开展了帽型筋条壁板VARI工装设计与制造,最终通过零件成型及质量检测验证了仿真分析结果的有效性。 展开更多

关键词 模拟 复合材料帽型加筋壁板 VARI 注射 溢料

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变厚度帽型长桁加筋壁板自动铺丝工艺成形技术研究 被引量：1

16

作者 张丽薇 来晓靓 +1 位作者 孙成 沈泽文 《模具制造》 2024年第3期130-132,共3页

针对帽型长桁加筋壁板的自动铺丝工艺成形技术进行了研究,并提出了帽型长桁加筋壁板各工序的关键工艺参数,通过研究自动铺丝设备的结构设计和控制系统设计,探究了帽型长桁加筋壁板的自动铺丝成形工艺,明确了自动铺丝间隙控制和工艺参数... 针对帽型长桁加筋壁板的自动铺丝工艺成形技术进行了研究,并提出了帽型长桁加筋壁板各工序的关键工艺参数,通过研究自动铺丝设备的结构设计和控制系统设计,探究了帽型长桁加筋壁板的自动铺丝成形工艺,明确了自动铺丝间隙控制和工艺参数设计的基础,为帽型长桁加筋壁板的自动铺丝工艺成形技术的研究形成了一定的技术积累,具有较好的应用前景和经济效益。 展开更多

关键词 帽型长桁加筋壁板 自动铺丝工艺 工艺成形技术

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大型客机机身壁板长桁初步布局方法

17

作者 奚晓波 刘杰 《沈阳航空航天大学学报》 2017年第1期31-36,共6页

大型客机机身壁板长桁布局是进行机身壁板减重优化的初始输入条件,因此确定机身壁板长桁布局是开展型号研制时的最重要的基础工作之一。分析大型金属客机机身壁板长桁布局的有关主要影响因素,同时对当前大型复合材料客机普遍采用帽形长... 大型客机机身壁板长桁布局是进行机身壁板减重优化的初始输入条件,因此确定机身壁板长桁布局是开展型号研制时的最重要的基础工作之一。分析大型金属客机机身壁板长桁布局的有关主要影响因素,同时对当前大型复合材料客机普遍采用帽形长桁对机身长桁布局的影响进行了研究,总结了机身长桁布局的主要结构约束条件。以上述工作为基础,提出了一种大型复合材料客机机身壁板帽形长桁布局方法,据此给出了大型客机长桁初步布局方案,对国内大型客机型号研制有一定的工程参考价值。 展开更多

关键词 长桁初步布局 复合材料客机 帽形长桁

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不同约束下复合材料帽型加筋板拉脱力学响应与失效模式

18

作者 李博健 王树一 +4 位作者 吴天宇 孙成 贡博文 程宝发 王欢 《材料科学与工程学报》 2025年第5期787-795,共9页

针对共固化帽型长桁加筋壁板,分别采用固支约束加筋壁板蒙皮和固支约束蒙皮与帽底两种约束方式设计拉脱试验,并通过有限元对蒙皮-长桁界面失效行为进行模拟计算,预测不同位置约束的拉脱试验力学行为和极限载荷。实验结果表明,采用帽底... 针对共固化帽型长桁加筋壁板,分别采用固支约束加筋壁板蒙皮和固支约束蒙皮与帽底两种约束方式设计拉脱试验,并通过有限元对蒙皮-长桁界面失效行为进行模拟计算,预测不同位置约束的拉脱试验力学行为和极限载荷。实验结果表明,采用帽底与蒙皮同时固支的夹持测试方法,测得的试样失效位移为1.27 mm,而蒙皮固支试样的失效位移为2.35 mm,前者的失效载荷(3352 N)是后者(1457 N)的2.3倍;在蒙皮固支的拉脱试验中,蒙皮发生弯曲,对试验的弹性阶段和失效位移、失效载荷均产生影响。受拉脱载荷的帽型长桁加筋壁板的失效主要发生在长桁、捻子条和蒙皮之间的共固化界面,表现为纤维断裂和分层。有限元模拟计算的结果是:蒙皮与帽底均固支的拉脱试验失效位移为0.87 mm,失效载荷为4037 N,与实验值相比,相对误差分别为31.5%和17%;而对于仅在蒙皮两端固支的拉脱试验失效位移为2.13 mm,失效载荷为1582 N,与实验值的相对误差分别为9.4%和8.6%,与试验结果基本一致。 展开更多

关键词 帽型长桁加筋壁板 共固化 拉脱试验 有限元分析

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