纤维增强复合材料轴结构铺层方案优化设计

摘要：

基于细观力学有限元法,采用改进的细观力学代表体积元(RVE)模型预测连续纤维增强金属基复合材料力学性能,对比分析相同体积分数下不同排列RVE模型的计算结果.选定连续纤维增强金属基复合材料轴结构为研究对象,建立连续纤维增强金属基复合材料轴结构细、宏观力学模型,开展该轴结构承载能力计算.在此基础上,为实现连续纤维增强金属基复合材料低压涡轮轴铺层方案优化设计,参照某型航空发动机设计要求,以总铺层厚度为目标函数,采用random design法,确定了由细观RVE排列结构至宏观轴结构铺层方案.结果表明:采用正方形对角排列RVE模型计算的力学性能优于四边形排列RVE模型;纤维与基体呈正方形对角排列可提高轴结构承载能力、临界屈曲载荷、临界转速;该方法确定的铺层方案与通用(GE)公司的SiC/Ti低压涡轮轴铺层方案一致.

关键词：连续纤维增强金属基复合材料、低压涡轮轴结构、改进的RVE有限元模型、铺层方案、优化设计

所属期刊栏目：31

分类号：V232.2;TB330.1(航空发动机（推进系统）)

资助基金：中航产学研创新基金cxy2013SH17

在线出版日期：2017-03-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：2933-2940