一种复合材料异形管梁结构和设计方法技术

本发明专利技术提供一种复合材料异形管梁结构和设计方法，其横截面包括上缘条、下缘条、左腹板、右腹板和连接缘条和腹板之间的连接部位，所述的异形管梁横截面关于过中心点的两个对称轴对称，以其1/4进行描述，其余三部分与之形状相同；记H为半个管梁的最大高度，H1为缘条的最大高度，B1为半个缘条的在水平面的投影长度，H2为半腹板的长度，H、H1、B1和H2满足的条件为：H1+H2≤H，0.08H<H1<0.16H；0.55H<B1<0.65H；0.7H<H2<0.9H。本发明专利技术获得更好力学性能的管梁结构，从而在大幅度减重的前提下，提高管梁结构的承弯性能、承扭性能和稳定性，从而提升结构的综合性能。提升结构的综合性能。提升结构的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料异形管梁结构和设计方法


[0001]本专利技术属于结构设计
，具体涉及一种复合材料异形管梁结构和设计方法。

技术介绍

[0002]目前，大部分太阳能无人机机翼面积较大，翼载荷较小(在5kg/m2左右)，多采用圆管主梁的结构形式，并采用高模量的碳纤维增强抗弯刚度，将翼尖挠度限制在合理的范围内，从而在满足结构强度、刚度的前提下实现大幅降低机翼质量的目标。机翼载荷为典型的弯扭剪耦合，圆管主梁抗扭和抗剪能力均较强，但是存在抗弯能力弱的特点，而矩形管梁又存在抗弯能力强但抗扭抗剪能力弱的特点，需要设计一种新型管梁，以均衡结构承载。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种复合材料异形管梁结构和设计方法。本专利技术方案能够解决上述现有技术中存在的问题。
[0004]本专利技术的技术解决方案：
[0005]根据第一方面，提供一种异形管梁结构，其横截面包括上缘条、下缘条、左腹板、右腹板和连接缘条和腹板之间的连接部位，所述的异形管梁横截面关于过中心点的两个对称轴对称，以其1/4进行描述，其余三部分与之形状相同；记H为半个管梁的最大高度，H1为缘条的最大高度，B1为半个缘条的在水平面的投影长度，H2为半腹板的长度，H、H1、B1和H2满足的条件为：H1+H2≤H，0.08H<H1<0.16H；0.55H<B1<0.65H；0.7H<H2<0.9H。
[0006]进一步的，所述的异形管梁结构外缠绕复合材料铺层，所述的上下缘条的复合材料铺层从内到外依次为0
°
铺层、
‑
45
°
铺层、+90
°
铺层和+45
°
铺层，对称铺设，所述左右腹板的复合材料铺层从内到外依次为
‑
45
°
铺层、+90
°
铺层和+45
°
铺层，对称铺设。
[0007]进一步的，所述的+45
°
铺层的厚度T1的取值范围为(1mm，3mm)，所述+90
°
铺层的厚度T2的取值范围为(0.5mm，1.5mm)，所述
‑
45
°
铺层的厚度T3的取值范围为(1mm，3mm)，所述下缘条0
°
铺层厚度T4的取值范围为(5mm，10mm)，所述上缘条0
°
铺层厚度T5的取值范围为(5mm，10mm)。
[0008]进一步的，所述的腹板高度根据管梁承受的剪切力确定；所述半个缘条的在水平面的投影长度根据管梁承受的弯矩确定；所述缘条的最大高度根据管梁的承稳要求确定。
[0009]进一步的，所述的+45
°
铺层的厚度根据管梁的承稳要求确定，所述的0
°
铺层厚度根据管梁承受的压力和拉力确定。
[0010]根据第二方面，提供上述一种异形管梁结构的设计方法，包括以下步骤：
[0011]针对异形管梁结构的H1、B1、H2、下缘条的T1、T2、T3、T4和上缘条的T1、T2、T3、T5等作为变量，对异形管梁结构进行建模；
[0012]根据异形管梁的受力和承稳要求，调整H1、B1、H2、T1、T2、T3、T4和T5的值，直到满足要求。
[0013]本专利技术与现有技术相比的有益效果：
[0014]本专利技术通过改变管梁结构的截面形状和复合铺层的厚度，获得更好力学性能的管梁结构，从而在大幅度减重的前提下，提高管梁结构的承弯性能、承扭性能和稳定性，从而提升结构的综合性能。
附图说明
[0015]所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1示出了根据本专利技术实施例提供的一种异形管梁结构横截面示意图；
[0017]图2示出了根据本专利技术实施例提供的一种异形管梁结构设计步骤示意图；
[0018]图3(a)(b)示出了根据本专利技术实施例提供的异形管梁结构上下缘条和左右腹板铺层形式示意图；
[0019]图4示出了根据本专利技术实施例提供的异形管梁结构有限元模型示意图；
[0020]图5示出了根据本专利技术实施例提供的异形管梁结构优化结果示意图；
[0021]上述附图包含以下附图标记：
[0022]1、缘条；2、连接部位；3、腹板。
具体实施方式
[0023]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0025]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0026]如图1所示，根据本专利技术第一方面实施例，提供一种异形管梁结构，包括上缘条、下
缘条、左腹板、右腹板和连接缘条和腹板之间的连接部位2，异形管梁横截面关于过中心点的两个对称轴对称，以其1/4进行描述，其余三部分与之形状相同；记H为半个管梁的最大高度，H1为缘条1的最大高度，B1为半个缘条1的在水平面的投影长度，H2为半腹板3的长度，H、H1、B1和H2满足的条件为：H1+H2≤H，0.08H<H1<0.16H；0.55H<B1<0.65H；0.7H&lt本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料异形管梁结构，其特征在于，其横截面包括上缘条、下缘条、左腹板、右腹板和连接缘条和腹板之间的连接部位，所述的异形管梁横截面关于过中心点的两个对称轴对称，以其1/4进行描述，其余三部分与之形状相同；记H为半个管梁的最大高度，H1为缘条的最大高度，B1为半个缘条的在水平面的投影长度，H2为半腹板的长度，H、H1、B1和H2满足的条件为：H1+H2≤H，0.08H<H1<0.16H；0.55H<B1<0.65H；0.7H<H2<0.9H。2.根据权利要求1所述的一种复合材料异形管梁结构，其特征在于，所述的异形管梁结构外缠绕复合材料铺层，所述的上下缘条的复合材料铺层从内到外依次为0
°
铺层、
‑
45
°
铺层、+90
°
铺层和+45
°
铺层，对称铺设，所述左右腹板的复合材料铺层从内到外依次为
‑
45
°
铺层、+90
°
铺层和+45
°
铺层，对称铺设。3.根据权利要求2所述的一种复合材料异形管梁结构，其特征在于，所述的+45
°
铺层的厚度T1的取值范围为(1mm，3mm)，所述+90

【专利技术属性】
技术研发人员：何丹琪，田晓，杨发友，孟范源，
申请(专利权)人：海鹰航空通用装备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：