补片尺寸对胶层应力分布的影响

粘接修理结构中,胶层起着传递载荷的作用。其应力状态对于粘接修理结构有着重要的影响。为此,本文用有限元法分析了复合材料粘接修理结构中胶层应力分布随补片尺寸的变化。研究表明,增加补片长度和厚度可以提供补片分担载荷的作用,但是,对胶层的性能要求提高。胶层中大部分区域的应力较低,大部分载荷靠较小面积的胶层传递。修理试样的破坏形式的变化反映了胶层应力分布的变化。     

复合材料粘接修理结构中胶层的应力分布

利用有限元方法,研究了复合材料粘接修理结构中胶层的弹性模量对其应力分布的影响。分析了胶层出现屈服和未屈服两种情况下,胶层的第1主应力,剥离应力和xy面剪切应力的分布随胶层弹性模量的变化情况。胶层的第1主应力随弹性模量的增大而增大,未屈服时,应力分布梯度也逐渐增大,大部分载荷集中到胶层的端部和破孔边缘。但是,出现屈服时,应力分布梯度则逐渐下降,大部分胶层承担相应的载荷。最大剥离应力出现在胶层的端部,并随胶层弹性模量的增大而增大。胶层两个粘接面的xy面剪切应力分布并不一样,但都随着胶层弹性模量的增大而增大。     

旋翼调整片粘接强度分析与影响因素研究

详细分析了旋翼调整片粘接剥离破坏过程和应力分布变化,并研究了粘接宽度和胶层厚度对粘接强度的影响。使用共固化制备相应的粘接试样,通过剥离试验得到接头的破坏模式及载荷-位移曲线。研究结果表明:接头有限元数值分析结果与试验相契合,接头破坏形式为调整片粘接界面的破坏,破坏为从左向右和由边向中逐渐发生失效;粘接强度随胶接宽度的增加而提高,但增长速度逐步变缓,80 mm为较优搭接宽度值;粘接强度受胶层厚度影响较小,增加厚度时粘接强度先缓慢增加后下降。     

基于P单元复合材料胶接修理胶层应力分析

胶接修理是复合材料常见的一种修理方法,准确分析修理胶层应力一直是一个难题。传统有限元方法基于h单元(不高于2阶单元)用于复合材料层压板胶接修理面临长宽比值过高的问题,为了提高计算精度,需要花费巨大精力细化网格。先进有限元方法采用P单元(可高达8阶单元)可实现单元长宽比200∶1以上,非常适合复合材料层压板胶接修理分析。本文对比层压板阶梯式挖补胶接修理工程简化分析方法,采用StressCheck软件P单元进行胶层剪应力和剥离应力分析。对比结果表明,基于P单元的有限元法因考虑了各台阶载荷偏心引起的附加弯矩,胶层应力结果更加真实,可以应用于工程分析。     

剥离载荷作用下胶层内应力分布研究

讨论分析了现有的剥离力学模型，指出了其局限性与不足，建立了新的剥离力学模型以描述金属胶接接头的剥离载荷作用下胶层内的实际应分布情况，认为剥离试验中胶层中的压缩应力其实行不存在。     

CFRP/DC04钢胶接接头弯曲特性数值分析

根据CFRP/DC04钢胶接接头的准静态三点弯曲试验,建立了胶接样件的有限元模型,采用ABAQUS/Explicit计算得到的模拟结果与试验结果具有良好的一致性,证明模型较好地重现了胶接接头在受载时的力学响应。基于模拟结果,对接头胶层的应力分布规律及损伤失效机理进行了分析,结果表明:在样件受横向弯曲载荷作用下,胶层各应力分布差异明显,法向应力σ集中分布在胶层两端;剪切应力τ13沿胶层长度呈中心对称分布;剪切应力τ23则集中于胶层的四个端角。由于粘接板的刚度和相对位置不同,前端胶层因承载较大的法向应力而最先发生了剥离破坏,并逐渐向尾端扩展。基于此,分析了粘接板件相对位置对胶接接头抗弯性能的影响,发现与CFRP置于顶部相比,将CFRP板置于底部可得到更好的接头韧性和更高的抗弯强度。     

飞机单搭接接头胶接形式的优化

1前言飞机蒙皮结构的绝大部分为单面敞开式，这就决定了蒙皮破孔的原位胶接修理只能单面操作，接头形式只能采用单搭接。单搭接接头是诸多接头形式中的一种，通过考察分析，其接头形式的细节还能优化改进。本文优化研究重点是接头形式的优化，没有涉及参数优化。2接头形式优化计算结果在铝合金板与胶层组成的单搭接结构中，胶层是薄弱环节。胶层内部主要承受剪切应力，胶层两端，在垂直于胶层方向上还集中有正应力，是结构分析的危险部位。其胶层内部应力分布如图1所示。图1胶层中剪应力分布（不计塑性）本文拟采用线弹性有限元对四种胶接头…     

薄层合板单面贴补修理拉伸性能研究

贴补修理是工艺简单、应用较广的复合材料结构修补技术。对含有孔穿透损伤的复合材料层合板单面贴补修理试验件进行拉伸试验,保持补片的铺层顺序、厚度不变,改变补片的直径,考察补片直径对单面贴补修理效果的影响,并根据试验过程中采集的试验件相应位置的应变数据以及载荷位移曲线分析其失效机理。结果表明,单面贴补修理试验件的强度恢复率约为34%～50%,且贴补修理对于含穿透孔损伤层合板的刚度具有一定的恢复作用,而且随着补片直径的增大,强度恢复率增高。当补片直径较小时,胶层先于母板发生破坏,此时的修理效果不明显;当补片直径增大到一定程度后,胶层承载能力较高,此时贴补修理对损伤件的拉伸强度有一定的提高作用。在试验基础上建立了有限元模型,能有效预测贴补修理件的破坏模式、拉伸强度,并可分析得到试验件的应力分布;改变有限元模型参数,研究最佳效果的补片尺寸与损伤孔径之间的关系。结果表明,当补片直径比损伤孔径大30 mm～40 mm时可获得较高的修理效率。为复合材料层合板设计贴补修理方案提供了参考。     

复合材料篮球架CFRP/钢界面粘接性能研究

研究了不同温度复合材料篮球架CFRP板加固钢板试件的粘接性能。结果表明,温度为-20、0、15、30和45℃时,CFRP-S-20、CFRP-S0、CFRP-S15、CFRP-S30和CFRP-S45试件的极限荷载试验值分别为134.0、190.9、309.9、266.3和144.6kN,对应的破坏模式分别为CFRP与胶层剥离+胶层破坏、CFRP层间剥离+胶层破坏、胶层破坏、CFRP层间剥离+胶层破坏和钢与胶层剥离+胶层破坏。-20℃和0℃时CFRP/钢试件板面中间缺陷处的应变分布曲线的斜率较大,而15、30和45℃时CFRP/钢试件板面中间缺陷处的应变分布曲线的斜率相对更加平缓;CFRP-S-20、CFRP-S0、CFRP-S15、CFRP-S30和CFRP-S45试件板面A侧和B侧的缺陷处粘接剪应力都高于端面,且存在沿着粘接方向逐渐减小的特征。     

碳纤维复合管-铝合金胶接接头拉伸性能研究

以直径为80 mm,壁厚为1 mm的碳纤维复合管-Al合金胶接接头为研究对象,通过整体拉伸试验比较了不同胶接长度、胶层厚度、外加紧固件对接头破坏载荷的影响。结果表明:胶接面的破坏载荷随着胶接长度的增大先增大后减小,随着胶层厚度的增大而降低。随着胶接长度和厚度的增加,胶接面由复合材料分层破坏和部分胶层的剪切破坏转向胶接界面剥离破坏。在胶接面上施加紧固件能够抵消部分附加弯矩引起的剥离应力,从而提高接头的破坏载荷。胶接长度为100 mm,胶层厚度为0.01 mm～0.02 mm,施加三条非均布紧固件的胶接面能够承受最大为255 kN的破坏载荷。