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复合材料Wingsail设计

原址设在英国普利茅斯的沃克Wingsail系统股份有限公司,使用非常先进的玻璃和碳纤维复合材料技术,设计并制造了由wingsails驱动的新一代游艇。为了协助这些设计的发展,LUSAS Composite被用来研究在新Wingsail的区段上应力的分布。


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设计采用了航天技术,13.65m高的Wingsail由多层玻璃和碳纤维制成。Trailing区段或‘翼’和主要区段或‘副翼’被一个空中的引导条分割开来。上弦和下弦把这些区段与尾部连接起来。整个装备被安装在一个大直径的圆环上,将承受着以精确而恒定角度冲击的风荷载作用。


为了分析这个新翼,在LUSAS Composite中使用8节点四边薄壳单元从CAD图形和附加的坐标数据,来创建一个三维有限元模型。模型被分割成三个主要部分:一个主要区段、一个桅杆区段以及一个粘结主要和桅杆区段的长条区段。为了达到指定的复合材料结构,对模型的三个主要部分,都创建17种不同的几何尺寸和复合材料数据库,每个复合材料数据库都包含分层的序列、材料的方位以及层的相对厚度。通过使用LUSAS Composite,可以不依赖于将要被分析的构件来定义分层,分层的方位和序列可以清楚地观察到,给模型快速精确地定义。

mast_layup_350.jpg     mast_res_350.jpg


四种荷载工况,包括一个作用在Trailing截面上部12.8m处的UDLTrailing区段自身的惯性力、以及以集中荷载形式作用在从Trailing区段底部8.20.75m处的上弦和下弦力,用来达到分析需要的合成荷载组合。利用广泛的LUSAS结果处理工具,每个复合层的主应力都可以被看到。除了翼的底部附近的过渡区域外,其它区域与材料方位垂直的应力通常都较低,可以预见,高应力将发生在结构几何尺寸快速改变的区域。通过对结构施加Cowin破坏准则,可能需要进一步优化设计的区域将被加亮。


“通过使用LUSAS Composite进行分析,能够增强Walker Wingsail Systems研究原型建造阶段的信心。”

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