[发明专利]跨音速颤振模型复合材料单梁结构设计及其刚度计算方法

权利要求书

1.一种跨音速颤振模型复合材料单梁结构，其由非金属内核材料以及铺贴于所述内核材料外层的单闭室薄壁壳体构成，其特征在于，所述壳体具有矩形倒圆角的闭合截面形式，并由复合材料以±α度与0度交替铺设而成，其中，以0度铺设表示复合材料沿垂直于截面的方向铺设。

2.根据权利要求1所述的跨音速颤振模型复合材料单梁结构，其特征在于，所述闭合截面被划分为主承载区、次承载区和过渡区，其中，所述主承载区的复合材料铺层以0度铺层为主，所述次承载区的复合材料铺层以±α度铺层为主。

3.根据权利要求2所述的跨音速颤振模型复合材料单梁结构，其特征在于，所述±α度为±45度。

4.根据权利要求2所述的跨音速颤振模型复合材料单梁结构，其特征在于，所述过渡区的截面形式为四分之一圆或椭圆。

5.根据权利要求1所述的跨音速颤振模型复合材料单梁结构，其特征在于，所述壳体由碳纤维增强复合材料铺层组成。

6.根据权利要求1所述的跨音速颤振模型复合材料单梁结构，其特征在于，所述内核材料由复合材料泡沫和肋板构成。

7.用于计算权利要求1至6中任一所述的跨音速颤振模型复合材料单梁结构的截面刚度的计算方法，包括以下步骤：

(1)确定截面控制参数，包括：控制尺寸参数及材料性能参数；

(2)将步骤(1)中确定的截面控制参数输入到控制运算器中，按照建立的计算模型得出截面弯曲刚度和截面扭转刚度；

(3)判断计算得出的截面弯曲刚度和截面扭转刚度是否满足目标刚度，若不满足，改变截面控制参数，重复步骤(1)至(2)，直至满足目标刚度，结束计算，得到截面最终设计参数。

8.根据权利要求7所述的计算方法，其特征在于，所述步骤(1)中的截面控制参数包括截面高度H、截面宽度B、倒角半径R、±α度铺层数、0度铺层数、材料的拉压剪模量等。

9.根据权利要求7所述的计算方法，其特征在于，所述步骤(2)中计算得出的截面弯曲刚度和截面扭转刚度包括对截面各区域计算值的叠加，即，将截面分为主承载区、次承载区和过渡区，

截面的总弯曲刚度EI_截面＝EI_主承载区+EI_次承载区+4×EI_过渡区，

截面的总扭转刚度

其中，

Area为截面侧壁中线所围面积，T(s)为积分点的壳体厚度，G(s)为模量参数。

10.根据权利要求9所述的计算方法，其特征在于，截面各区域的弯曲刚度分别为：

EI_主承载区＝E×(1+a)×(H³-h³)×b/12

EI_次承载区＝E×(2×C)³×T×2/12

其中，h、b、C、T、t、θ均为截面几何尺寸，E、a为模量参数。

11.根据权利要求9所述的计算方法，其特征在于，在对截面各区域的扭转刚度值进行叠加之后，采用修正系数δ对GJ_截面进行修正，修正系数

δ=(293.17×ξ2-10.627×ξ+0.0837)100+1]]>

其中，ξ是主承载区单边厚度与闭室最小边距的比值。