连续纤维剪切复合材料机翼中耦合厚度变化对气动弹性响应的耦合影响研究

本文系统研究了连续纤维剪切（CTS）复合材料机翼中耦合厚度变化对气动弹性响应的影响。作者通过建立新型半解析瑞利-里兹（RR）模型并结合有限元分析（FEM），揭示了在二维板模型和三维翼型机翼模型中，厚度耦合可使颤振速度产生显著变化（2D案例达14%，3D案例达12%）。研究结果表明，忽略厚度变化的蔡氏层合板参数（Tsai lamination parameters）在CTS结构建模中存在局限性，且不确定性分析进一步证实厚度耦合会改变颤振速度分布的平均值与标准差。该研究为CTS复合材料在航空航天领域的精准设计与可靠性评估提供了重要理论依据。

　　

Highlight

悬臂梁式纤维转向复合材料板

本节重点介绍连续纤维剪切（CTS）复合材料板的解析与数值建模。首先简要描述代表性机翼模型，随后阐述考虑耦合厚度变化的CTS复合材料性能公式推导。第2.3节将介绍瑞利-里兹（RR）方法在CTS复合材料气动弹性分析中的应用。第2.4节将描述用于验证所提出方法的有限元法（FEM）数值模拟过程。

高保真均匀翼型机翼

本测试案例采用均匀NACA0012翼型截面，网格包含2000个四边形壳单元（图12）。机翼根部施加固定边界条件。该案例同样使用8层铺层，纤维取向通过公式（2）定义，并基于机翼根部和尖端的参考角。材料属性与尺寸参数见表4。图13展示了结构的前六阶模态振型。

考虑耦合厚度变化的不确定性分析

本节重点研究制造变异不确定性中耦合厚度变化对颤振速度不确定性分析的影响。第4.1节简要介绍不确定性量化与敏感性分析方法。随后针对两个测试案例，对比分析考虑与忽略耦合厚度变化时的颤振速度分布差异。

结论

本研究旨在评估耦合厚度变化对连续纤维剪切（CTS）复合材料机翼气动弹性响应的影响。为此，我们开发了一种新型半解析瑞利-里兹（RR）解法，专门针对纤维转向复合材料板并明确纳入耦合厚度变化。所提出的RR模型通过有限元法（FEM）对不同铺层方案进行了动态验证。剪切诱导的厚度耦合效应分析表明...