复合材料机匣螺栓连接结构抗冲击能力数值分析

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20251028.014

复合材料科学与工程 ›› 2025, Vol. 0 ›› Issue (10): 91-96.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251028.014

复合材料机匣螺栓连接结构抗冲击能力数值分析

郑竟波¹, 韦林², 迟雪³, 刘璐璐^3*, 赵振华⁴, 陈伟¹

1.南京航空航天大学航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点实验室,南京 210016;
2.中国航发四川燃气涡轮研究院,成都 610599;
3.扬州平航航空动力技术有限公司,扬州 225100;
4.南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室,南京 210016

收稿日期:2024-10-24 出版日期:2025-10-28 发布日期:2025-12-02
通讯作者: 刘璐璐(1988—),女,博士,研究员,主要从事航空发动机机匣包容性方面的研究,liululu@nuaa.edu.cn。
作者简介:郑竟波(2000—),女,硕士研究生,主要从事复合材料螺栓连接结构方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金(52375150)

Numerical analysis of the impact behavior of composite casing with bolted structures

ZHENG Jingbo¹, WEI Lin², CHI Xue³, LIU Lulu^3*, ZHAO Zhenhua⁴, CHEN Wei¹

1. Aero-engine Thermal Environment and Structure Key Laboratory of Ministry of Industry and Information Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China;
2. AECC Sichuan Gas Turbine Establishment, Chengdu 610599, China;
3. Yangzhou Pinghang Aviation Power Technology Co., Ltd., Yangzhou 225100, China;
4. State Key Laboratory of Mechanics and Control for Aerospace Structures, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China

Received:2024-10-24 Online:2025-10-28 Published:2025-12-02

摘要/Abstract

摘要： 为获得复合材料机匣安装边螺栓连接结构的包容能力,在仿真软件中使用模拟叶片对安装边结构进行了抗冲击能力的数值分析探究。结果显示:模拟叶片弹体以130 m/s、150 m/s和165 m/s的速度分别冲击[45/0/-45/90]_12S、[-45/0/45/90]_12S和[90/45/0]_16S三种不同铺层形式的6 mm厚复合材料层合板-金属板螺栓连接件时,均为叶片反弹工况,当冲击速度为180 m/s时则将层合板击穿。随着冲击速度的增大,冲击过程中层合板吸收能量的值变大,损坏破损也越发严重。在包容工况下,[45/0/-45/90]_12S铺层的层合板吸收能量性能最优,抗冲击特性最好。在模拟叶片的冲击下,层合板发生较大面积的纤维压溃和脱层损伤,主要集中在叶片撞击位置及安装边倒圆角处。冲击过程中,结构最中间两个螺栓的螺杆所受应力较大,发生塑性变形。

关键词: 航空发动机, 抗冲击特性, 复合材料机匣, 螺栓连接结构, 铺层形式

Abstract: In order to obtain the containment capability of the composite casing with bolted structures, the numerical analysis of the impact behavior of the bolted structures was carried out by using the simulated blade projectiles in the simulation software. It was found that: the simulated blade projectiles were rebounded impacting the 6 mm thick bolted connection structure of laminates with three different layups of [45/0/-45/90]_12S, [-45/-0/45/90]_12S and [90/45/0]_16S and metal plate at 130 m/s, 150 m/s and 165 m/s impact velocity, respectively. The simulated blade projectiles penetrated the laminates with the impact velocity of 180 m/s. As the impact velocity increases, the value of energy absorbed by the laminates during the impact process is larger, and the damage is more serious. Under the containment condition, the laminates with [45/0/-45/90]_12S layup has the best energy absorption and impact resistance ability. Under the impact of the simulated blades, a large area of fiber breakage and delamination damage occurr in the laminates, which is mainly concentrated at the blade impact location and at the chamfered corners of the mounting edges. The screws of the two middle-most bolts of the structure are subjected to high stresses during impact and plastic deformation occur.

Key words: aero-engine, impact behavior, composite casing, bolted joint structure, lay-up form

中图分类号:

TB332

郑竟波, 韦林, 迟雪, 刘璐璐, 赵振华, 陈伟. 复合材料机匣螺栓连接结构抗冲击能力数值分析[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(10): 91-96.

ZHENG Jingbo, WEI Lin, CHI Xue, LIU Lulu, ZHAO Zhenhua, CHEN Wei. Numerical analysis of the impact behavior of composite casing with bolted structures[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2025, 0(10): 91-96.

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Numerical analysis of the impact behavior of composite casing with bolted structures

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