整体成型编织复合材料蒙皮-加筋增强新结构的优化设计与实验验证

本项目以整体成型编织复合材料蒙皮-加筋增强翼盒结构作为研究对象，（1）运用工程力学方法，提出其设计、制造与服役环境中材料作用过程的宏、细观力学分析模型，建立多层次跨尺度的宏观力学性能与其组分材料性能及细观结构之间的定量关系，揭示其不同的材料复合具有不同宏观性能的内在机制；（2）在此基础上，借助计算机辅助设计，进行多层次跨尺度优化设计，获得优化的细观结构形状与尺寸、组分材料的选择与匹配、宏观结构形状与尺寸、界面过渡匹配、制造工艺参数与加工流程等；（3）根据优化设计结果，制备整体成型编织复合材料蒙皮-加筋增强翼盒结构件，并进行力学性能测试，验证上述模型及优化结果的有效性和合理性。

在国家自然基金的资助下，项目（批准号：51075019）完成了规定的研究任务，达到了预期研究目标，取得重要研究成果，主要包括（1）建立了高性能树脂基平面编织布纤维增强复合材料的拉伸、压缩和剪切模量，撕裂阻力以及残余热应力等宏观性能估算的细观力学解析表达式，（2）发展了整体成型编织复合材料T型接头、工字梁、П型梁、机翼盒段和机翼的设计-制造一体化优化平台，（3）提出了大变形超薄整体成型编织复合材料豆荚杆和高空气球的力学分析方法，（4）发展了飞机缺陷金属结构的复合材料修补优化技术。出版21篇论文（或书章），其中大百科全书《Encyclopedia of Thermal Stresses》（Hetnarski主编）书章“Residual Thermal Stress in 2D Orthogonal Plain Weave Fabric Composites”、7篇SCI论文、8篇EI论文、3篇核心刊物论文和2篇会议论文；申请发明专利16项，培养博士生2人、硕士生6人，正培养博士后1人、博士生6名，硕士生9名。