摘要：大型飞机机身典型结构复合材料设计与优化

复合材料具有比强度高、比刚度高、抗疲劳性能好、设计性强等优点。因此，它们在航空航天领域的应用越来越广泛，特别是在大型客机的设计中。复合材料的使用不仅可以显着减轻飞机结构的重量，提高其结构疲劳寿命，还可以提高结构效率，改善特定的气动性能，提高飞机的经济性、舒适性和环境友好性。因此，过去 30 年来，民用飞机中复合材料的使用持续增加。复合材料在飞机结构中使用量增加的同时，在飞机结构中的使用范围也在不断扩大。强机身、机翼、水平尾翼、垂直尾翼等。本文研究复合材料在机身结构中的应用。参照有关规定和飞机设计手册，对150座干线客机的机身、长梁、舱壁、地板梁等进行结构设计，确定铝合金。身体皮肤厚度。并根据设计结果，利用有限元软件MSC.Patran建立机身的有限元模型，探讨了用复合材料层合板代替原铝合金蒙皮的可行性和方法。提出了一种利用等效刚度的方法，即板的三维刚度等效，使复合层合板与铝合金板在三个方向上的刚度相等，且各层的角度和厚度相等。确定复合材料的含量。采用MSC.Nastran对两种模型进行模态分析，使复合层合板的振型和振型与原金属板相同或相似，并确定复合材料的叠层顺序。然后使用 MSC.Nastran 检查复合层压板在气密载荷下的强度和稳定性。经检查，强度和刚度与金属机身蒙皮的性能有关。可以完全替代原来的金属机身蒙皮，减重效果34.8%。计算结果表明，等效刚度设计方法在大型飞机上用复合材料层合板代替原有金属结构是可行和可靠的。此外，机身结构上不可避免地要设置各种类型和尺寸的开口或开口。开口会改变结构的机械性能。因此，有必要对复合层压板中的开口进行仔细研究。本文比较了铝合金板开孔和层压板开孔在均压作用下的应力、应变和变形的异同，研究了机身蒙皮舷窗开孔的加固设计和优化方案。等效刚度法及层压板机身开口加固分析与优化旨在为复合材料在大飞机上的应用提供参考。