损伤复合材料层板胶接修理试验研究

胶接修理是弥补复合材料结构在制造和服役过程中产生的损伤与缺陷的主要方法之一。文中通过强度试验研究在复合材料层板外表面粘接复合材料补片这种临时修理方法的实际效果，并讨论主要修理参数——补片直径、厚度、铺排方式的影响。     

损伤复合材料胶接修理后承载能力的有限元分析

对复合材料损伤构件进行胶接修理,在MTS试验机上进行拉伸试验,记录不同修理方式下,修理构件能够承受的最大载荷;用Abaqus有限元软件对修理后构件进行强度仿真,计算损伤修理构件的最大承载能力,并与试验数据进行对比。结果表明:有限元分析结果与试验结果吻合较好,误差小于10%,证明有限元模型的建立及计算方法符合工程实际要求;最佳的修补参数为复合材料修理补片纤维方向与母板纤维方向成0°/90°,补片大小为损伤面积的2～3倍,补片厚度为损伤深度的0.6～0.75倍。     

真空辅助湿法斜接型挖补修理后层合板拉伸性能研究

对真空辅助玻璃纤维增强复合材料斜接型挖补修理后结构进行了拉伸强度试验研究,获得了修理后结构最终破坏模式。分别建立了挖补修理结构中母板与补片三维有限元模型,采用了各向异性连续损伤力学模型模拟了母板与补片复合材料单向带失效模式,假定母板与补片通过黏性力接触,在真空辅助湿法挖补修理形成的无厚度二次固化界面处定义了接触面, 采用指数型软化cohesive模型模拟了界面接触属性。试验结果与数值模拟结果吻合较好,表明所采用的模型能很好地预测整个修理结构的拉伸性能。分析了整个拉伸过程中层合板斜接挖补修理结构的损伤破坏过程,发现了附加补片引起的应力集中是造成母板中薄弱层过早损伤的原因。讨论了不同斜接挖补角度对修理后结构强度的影响,结论可以引导工艺人员制订合理的修补方案。     

复合材料加筋壁板修理后压缩性能试验研究

由于机翼为主承力结构,蒙皮修理主要采用机械连接修理方式。本文针对民机复合材料机翼上蒙皮壁板结构的离散源损伤开展了修理方案设计、试验验证及分析研究。首先,根据损伤类型和上蒙皮壁板的传载特性,设计了机械连接金属补片修理方案,并制造了包括损伤和损伤修理两类试验件,进行了试验验证,修理后承载能力提高了133%,能够满足一般民机复合材料机翼蒙皮设计许用应变的要求。但该修理方法使得试验件修理区域较原结构刚度偏大,造成试验件修理区域承载高于两侧长桁。另外,修理补片会造成试验件提前出现载荷偏心弯曲。虽然修理补片的刚度和强度还有待进一步优化,但该修理方法依然可为今后民机复合材料机翼修理方案的设计提供参考。     

复合材料补片胶接补强修补技术参数分析

本文针对复合材料与金属结构穿透型损伤外贴复合材料补片胶接修补方式 ,采用“双板 -弹簧”有限元修正模型 ,进行了各修补参数 (补片直径、厚度、修补形式以及胶层厚度等 )对修补效率的影响分析。主要结论 :(1)补片直径对修补效率的影响非常小 ;(2 )单面修补取补片厚度为 5 0 %母板厚度 ,双面修补取 80 %是合理的 ;(3)胶层厚度通过影响胶层内最大剪应力大小影响修补效率 ;(4 )修补参数相同情况下 ,被修补结构的尺寸影响修补效率 ;(5 )金属修补与复合材料修补具有相同的曲线规律     

损伤复合材料层板胶接修理的优化设计

针对复合材料单面胶接修理结构建立力学分析模型,并通过试验验证模型的可靠性.利用该模型分析补片参数对胶接修理效果的影响,得到优化设计的补片参数.计算分析和验证试验均表明,补片直径为孔径的2～3倍、厚度为孔深的45%～60%、铺排和母板一致时,修理结构的强度恢复能达到最大值.     

补片倒角对复合材料胶接修理后承载能力的影响

以圆孔型损伤为例,利用三维有限元模型分析了复合材料层合板的贴补修理,研究了6种不同补片倒角对胶层剪应力和修补结构承载能力的影响。计算结果表明:在其它参数不变的前提下,合理选择补片倒角可降低胶层剪应力的最大值,提高复合材料修理结构的承载能力,对更有效实施复合材料结构贴补修理方案设计具有一定的指导意义。     

含离散源损伤复合材料加筋板剩余强度及其修理技术研究

飞机复合材料结构在使用过程中难免遭受离散源损伤,这种损伤会严重降低结构的承载能力。针对含穿透性切口的复合材料加筋板,采用试验和数值分析方法研究其拉伸载荷作用下的剩余强度,并根据设计应变设计了金属补片机械连接修理方案,提出了一种评估复合材料机械连接修理结构剩余强度的数值分析方法。分析方法以有限元模拟为主,用壳元模拟层压板,用梁元模拟紧固件,用多点约束模拟紧固件与孔的接触,用0°层点应力准则预估复合材料破坏载荷。通过试验验证了评估方法,得到了修理结构强度恢复率。本文的研究对于飞机复合材料结构修理技术研究有一定的借鉴意义。     

飞机光固化复合材料机械疲劳试验设计

传统修理工艺主要采用金属补片对飞机结构损伤进行铆接、焊接或螺接修补,所需工具、设备多,对操作人员要求高,修复时间长。与传统工艺相比,运用复合材料对飞机结构损伤进行光固化修理具有修理时间短、成形性能好、修理增重小等优点,因此,光固化复合材料修理已得到越来越多的接受和青睐。对飞机光固化复合材料修理补片的疲劳寿命测试进行了试验设计,并考核了不同修理工艺(半宽度胶接、全宽度胶接及铆接修理)试样的疲劳寿命,为确定最佳修理工艺提供了试验依据。     

复合材料修补结构疲劳寿命分析方法研究

结合工艺方法,研究典型缺陷损伤的修理方法,针对复合材料修补结构应力分布复杂的特点,在剩余强度衰减模型的基础上引入局部应力应变法的分析思想,建立起复合材料修补结构的疲劳寿命预测模型。通过建立修补结构的力学分析模型,在分析了修补结构的危险部位和应力集中的基础上,利用寿命预测模型,分析和讨论补片直径和补片厚度两个修补参数对修补结构疲劳寿命的影响规律。     

补片形状和尺寸对复合材料胶接修补的影响

与传统的机械修补技术相比,复合材料胶接修补具有结构增重小、可设计性强、成形简单和成本低等明显的优点。因此,复合材料胶接修补技术已成功地应用于一些军用和民用飞机的受损结构。借助于ANSYS软件,以三维逐渐损伤理论为依据,分别建立含不同形状补片的复合材料胶接修补模型,其中母板和补片采用正交各向异性损伤模型,胶层采用各向同性损伤模型。在单向拉伸载荷作用下,同时考虑层合板和胶层的损伤形式和扩展趋势,确定层合板的最终失效载荷,并与已有文献进行对比,验证模型的正确性。损伤模型计算结果表明,补片的形状和尺寸均是胶接修补的重要设计参数,其对层合板的最终失效载荷影响显著。斜放的方形补片的修补效果较佳,当对方形补片进行圆角化处理时,受损层合板的拉伸承载能力得到提高。     

飞机双弹洞损伤整体胶接修补技术参数分析

结合飞机战伤实际可能出现的多弹洞损伤整体修补问题,本文以双弹洞损伤结构为研究对象,采用Farhad Tahmasebi胶接弹簧元修补模型进行了数值模拟,详细分析了两种典型类型的双弹洞损伤整体胶接修补结构中双弹洞相对位置、补片尺寸以及厚度对修补后强度的影响。主要结论:(1)双洞间距的差异影响修补效果;(2)胶膜的承剪能力对修补效果的影响很大;(3)含贯穿性裂纹的双弹洞损伤与无贯穿性裂纹的双弹洞损伤相比,从修补效果到修补方法,都有较大差异。     

复合材料胶接修补技术的实验研究

通过静强度和疲劳寿命对比试验,证实了在含裂纹的铝合金的裂纹部位,胶接碳／环氧复合材料补片的修理方法的可行性和有效性。实验结果表明,裂纹板经胶接修补后,其静强度和疲劳寿命均有显著的提高,这为实际结构的胶接修补工作积累了可靠的实验数据。     

复合材料补片参数对裂纹尖端应力强度因子的影响

利用有限元法对复合材料补片修补前后的铝合金薄板的裂纹尖端应力强度因子KI进行研究,分析各类补片参数对裂纹尖端应力强度因子的影响.结果表明,在正确选择复合材料补片的参数后,修补后铝合金板裂纹尖端的应力强度因子有显著地下降.     

胶接修补结构在多向载荷作用下的极限强度

目前在国内外开展的复合材料及金属的胶接修补研究中 ,计算与试验都是采用单向加载方式。但在工程实际中需要修补的区域一般承受多向载荷。本文采用“双板 -弹簧”有限元修正模型 ,对多向载荷作用下的修补问题进行了研究。结果表明 ,在大多数情况下单向加载状态获得的极限强度恢复程度是偏保守的结果。