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热塑性复合材料的虚拟测试
关键词：虚拟测试、热塑性复合材料、界面、机身、虚拟工艺链 摘要 本文总结了在工业环境中实施虚拟测试方法，通过传统物理测试金字塔的不同尺度来预测复合材料的机械行为。强大的虚拟测试实验室可以生成虚拟的允许值，而先进的界面模型可以确保对关键界面进行精确模拟，直至结构级别。在热塑性正交网格机身外壳的开发过程中，已经应用了混合模拟-物理测试方法，这些方法可以支持传统的快速定型和高保真分析方法，并将通过虚拟工艺链与制造工艺相结合，用于开发下一代飞机的热塑性机身。1.简介 随着可用计算能力和先进建模技术的最新增长，使用高效的模拟工具有可能为航空航天工业带来经济优势 [1]。然而，纤维增强复合材料在飞机设计中的应用日益广泛，这给航空工程师带来了新的挑战，因为制造过程中引入了高度复杂的失效机制和不确定性。再加上认证要求以证明损坏、温度和其他环境条件的影响，完全依赖大规模数值模型变得难以管理 [2]。为了缓解这一挑战，我们决定开发一种混合模拟-物理测试策略，该策略可以支持传统的快速定型和高保真分析方法。传统上，在传统测试金字塔的底端，通过试样测试材料行为。这些试样构成了飞机结构的传统设计和认证方法的基本构建块。然而，设计允许值的可用性在设计早期通常受到限制，并且对物理测试的依赖使得很难对新的结构概念产生信心。这可以通过混合实验和数值方法 [3] 来解决，该方法依赖于自下而上的方法，以便通过测试金字塔的更高级别准确预测相应的故障模式。该策略的部署已被证明可以成功用于极端载荷情况下的飞机结构材料选择，在这种情况下，了解复合材料的复杂失效模式至关重要 [4]。
设计和制造
项目背景：纤维增强聚合物（FRP）复合层压板正在迅速替换各个领域的传统金属结构组件，尤其是在航空航天行业中，轻度重量已成为最重要的设计优先事项之一。先进的FRP复合材料，表现出最高特异性的刚度和强度，是满足这种严重需求的理想候选者。这解释了最新的商业和军用飞机如何涉及大量的复合材料作为结构重量的一部分，并且自从出现第一台高级FRP复合材料以来，这才一直在不断增加。尽管其出色的设计多功能性，尤其是在上色设计方面，但自1960年代以来，上式选择和配置的原理几乎没有改变，那里的四边形层压板是由四个主要层角组成的四轴层压板，即，0，90，90，90，+45，以及-45，以及-45，甚至是广泛使用的）（甚至是综合的）。这种方法主要基于所谓的“ 10％规则”，通常导致过度保守的设计具有相对较厚的重复单元或“ sublaminate”。次优的设计因此，不仅不足以使碳纤维复合材料的真实潜力不足，而且使它们成本高昂，难以制造和维修。过去几年在综合设计领域，特别是层压层建筑中见证了令人难以置信的有希望的进步，其中已介绍了许多针对特定应用程序量身定制的高级上篮优化方法。原型将以比较方式制造和测试以进行实验验证。与包括精神航空系统（贝尔法斯特）和柯林斯航空英国（Collins Aerospace UK）在内的领先航空航天OEM的密切合作，监督团队已经建立了基于Tsai教授团队的最新发现，他们的基础是新的综合设计方法论，他们曾善良地支持材料筛选和预付结构分析，这些项目友好地支持了材料的结构分析。团队的当前重点是通过制造和表征优化的上篮设计进一步发展基于不变的设计概念。项目描述：拟议的项目旨在采用一系列新颖的上篮优化方法，包括基于不变的方法和所谓的“双/双人双”替代方案，以根据给定的结构要求提供最佳最佳层压板配置。根据现实生活中的航空航天应用，考虑到特定的负载方案，对现有的传统设计进行了优化。这包括一系列机械和损伤特性的表征。成功的候选人将有机会与该项目的行业合作伙伴Spirit Aerosystems参与讨论设计思想的行业合作伙伴。这将在工厂场所进行制造和测试优化的复合层压板。