大飞机用Glare层板的性能综合评价研究

主要介绍了一种先进玻璃纤维增强铝合金复合材料Glare层板的研究进展,并综合分析欧美Glare层板的研究文献,评述了Glare层板的拉伸性能、压缩性能、冲击性能、剪切性能、缺口残余强度、承载强度、疲劳性能等力学性能,分析了Glare层板环境耐久性和阻燃性等稳定性研究。通过与铝合金和Arall层板的性能比较、分析,论述了Glare层板作为替代铝合金应用于飞机制造方面所具有的优异性能及经济性,简单评述了Glare层板铺层结构与性能的关系,为其应用提供评价基础。

GLARE层板的力学性能及其在A380客机上的应用

本文介绍了新型GLARE层板的综合力学性能,与ARALL层板比较分析,叙述了GLARE层板在超大型客机A380上应用的情况。

表面机械研磨(SMAT)技术对玻璃纤维增强铝金属层板(GLARE)拉伸性能的影响

表面机械研磨(SMAT)技术是在短时间内通过振动发生器驱动大量硬度较大的小球以随机方向撞击金属材料,使得材料晶粒尤其是表面晶粒细化,从而达到增加材料强度的效果.通过对铝合金板进行SMAT处理,材料的极限强度和极限应变虽然有较小的降低,但是其屈服应力有较大幅度的增加.以SMAT处理后的铝合金板和玻璃纤维环氧树脂预浸料为原料,通过热压工艺制备成新型GLARE层合板.通过拉伸实验研究和理论计算分析了该GLARE材料的拉伸性能,发现SMAT处理的铝合金板制成的GLARE的屈服强度提升明显.

GLARE层板偏轴拉伸性能

通过对两种GLARE层板(纤维单向铺层与正交铺层)偏轴拉伸的研究,可以发现,无论偏轴拉伸的角度如何,当铝板屈服后,GLARE层板会从线性阶段进入非线性阶段。单向纤维增强层板,随着偏轴拉伸角θ的增大,极限拉伸强度和硬化指数n都相应明显的减小。单向层板,当偏轴拉伸角θ>15°时,纤维/环氧树脂层横向裂纹在GLARE拉深破坏之前出现。正交层板,14°<θ<76°时,才出现横向裂纹。正交与单向纤维层板破坏的现象不同,破坏机理也不同。

不同铺层角度GLARE层板复合材料的抗鸟撞性能

采用大型非线性动力学软件PAM-CRASH,分别建立了三种铺层角度GLARE层板复合材料简单平板和飞机尾翼典型前缘结构的有限元模型,对三种平板和结构进行抗鸟撞有限元模拟,研究了不同铺层角度GLARE层板复合材料的抗鸟撞性能,并进行了试验验证。结果表明:对于厚度相同的GLARE层板复合材料,铺层角度为±45°正交铺层方式的平板和结构的吸能量效果最佳,抗鸟撞性能最优;铺层角度为0°/90°正交铺层方式的次之,0°/45°/-45°/90°铺层方式的最差;试验得到的三种铺层结构的破坏形态、面积以及撞击点附近某点的应变时程曲线与模拟结果一致,说明建立的有限元模型正确。

GLARE层板鸟撞数值模拟分析

运用大型非线性动力学有限元分析软件MSC.Dytran的ALE(任意拉格朗日欧拉耦合)分析功能,建立了基于耦合解法的GLARE层板受鸟撞作用的数值模拟模型。由于鸟体与结构发生高速撞击时呈现出流体特征,在计算中鸟体用流体本构模拟。为得到GLARE层板的层间应力,GLARE层板采用三维实体单元模拟。在耦合界面上,通过定义ALE界面传递流体域和固体域之间的相互作用。计算比较了五种不同铺层角度的GLARE层板,得到复合材料铺层角度为0°,30°,45°,60°,90°时,GLARE层板对鸟撞动力的响应,通过对计算结果比较,发现随着铺层角度增大,材料在X方向刚度降低,GLARE层板产生的应力减小,为GLARE层板的设计和应用提供了参考依据。

GLARE层板低速冲击的实验与模拟

研究玻璃纤维增强铝合金层合板(glass fiber reinforced aluminum laminates,GLARE)在落锤低速冲击下的材料行为,建立ABAQUS有限元模型进行模拟并对其进行实验验证。针对纤维金属基体材料的特点,采用连续损伤模型(continuous damage model,CDM)分别给予落锤6.22 J、12.38 J和14.46 J的冲击能量,在ABAQUS中对模型设置相应的边界条件和载荷,得出落锤下落方向的速率-时间曲线和能量损耗曲线图。考虑金属层与复材层间黏结层的作用,采用凝聚层(cohesive)将金属层和复合材料层粘接。在仿真中观察层间的纤维和基体拉伸和压缩损伤状态及破坏情况,并与实验得出结果进行对比。结果显示:有限元仿真可以准确模拟落锤冲击之后GLARE板背面的裂纹和鼓包的实效情况以及基体和纤维的损伤情况,很好地预测复合材料内部的损伤情况。

GLARE层板热态气压成形工艺参数影响规律研究

以玻璃纤维增强金属层合板(GLARE)为对象,研究单曲率GLARE层板的热态气压成形性能。分别针对热固性和热塑性树脂基GLARE层板,以成形试件的壁厚分布和成形深度为表征参数,试验探究了温度和压强2个关键工艺参数对不同树脂基体GLARE层板热态气压成形性能的影响机理和规律。结果表明:成形温度过高会使得2类树脂均发生分解失效,导致层板出现分层、破裂等缺陷;高温下熔融状态树脂的流动性增加,上下层板的挤压使其沿径向向外流动,使得试件中心厚度减小;同时,压边圈的压力作用引发树脂堆积,使得圆角区域层板厚度增加。温度为110~140℃时,热固性树脂基GLARE层板成形质量良好,试件贴合模具的最低压强为4 MPa;温度在170~200℃区间内时,热塑性树脂基GLARE层板成形质量最优,试件贴合模具的最低压强为3 MPa。

Glare层板疲劳性能研究综述

Glare层板是由铝合金和玻璃纤维增强复合材料组成的一种混杂结构材料,是一种新型的航空结构材料。Glare层板具有优异的抗裂纹扩展能力,广泛地应用于飞机较为关键的疲劳结构件上。目前,国外许多研究机构对Glare层板疲劳性能开展了大量的试验研究,综合分析了国外Glare层板的研究文献,对4所研究机构(荷兰Delft理工大学、美国MIT大学、美国California大学和日本Shiga Prefecture大学)开展的Glare层板疲劳性能试验研究进行了分析与总结,简述了不同类型Glare层板抗疲劳裂纹扩展的能力,并提出了今后进一步的研究方向及工作重点。

国内外关于Glare的研究和应用

作为一种新型混合体复合材料,Glare凭借其优异的静强度、抗疲劳和抗冲击性能,在现代飞机结构设计中有着显著的优势。本文主要讨论了国内外关于Glare层压板的研究及应用情况。

基于单向拉伸的glare板力学性能测试

目的研究使用新方法制造小型大曲率glare板零件的可能性。方法通过使用传统的模具来充液成形/普通拉深成形含有半固化玻璃纤维预浸料的glare板,成形后再进行固化。在室温下,使用单向拉伸方法分别对金属、含半固化玻璃纤维预浸料的glare板和固化之后的glare板进行力学性能测试。结果含半固化玻璃纤维预浸料的glare板主要失效形式为金属板断裂,固化之后的glare板的主要失效形式为玻璃纤维断裂;含半固化玻璃纤维预浸料的glare板有着和金属相近的断后伸长率,具有较好的塑性,固化之后的glare板的断后伸长率远小于金属的断后伸长率,塑性极差。结论通过使用传统的模具来充液成形/普通拉深成形含有半固化玻璃纤维预浸料的glare板,成形后再固化的方法来制造小型大曲率glare板零件是有可能的。

GLARE层板复合材料零件成形与装配技术浅析

GLARE层板是复合材料中的新型品种,该材料结合了金属材料和纤维树脂基复合材料的优点,并克服了各自的缺点,使其密度小、强度高、疲劳性能和损伤容限性能好、维护维修方便等优势得到充分地体现。

Glare层板基本成形性能研究与实验验证

为了探索Glare层板的成形性能特点,采用单向拉伸实验和三点弯曲实验,分析研究了Glare 2A,Glare 2B和Glare 3层板的基本成形性能,并借助扫描电子显微镜分析了Glare层板的失效特征。结果表明:纤维铺层方向对材料的成形性能存在显著影响,Glare 2A层板抵抗塑性变形的能力强,且难以发生厚向变形:采用σ=σy+Kεn硬化模型拟合真实应力-应变曲线,其相关系数最大,拟合结果最好:Glare 2A的弯曲回弹量最大,其弯曲破坏时,内表层受压应力,以皱缩和压缩断裂为主,外表层受拉应力,以纤维拉伸断裂和分层为主;对于Glare 2B层板,其弯曲回弹量最小,主要以基体破坏为主:通过滚弯成形验证了实验所得结果的准确性。

GLARE层合板抗低速冲击性能分析与数值模拟

采用不同冲击能量对玻璃纤维增强铝合金层合板(GLARE层合板)进行落锤低速冲击试验,得到了冲击载荷、位移和能量与时间的关系曲线。在不同冲击能量下,对层合板的冲击响应以及冲击过程中的损伤演化进行了分析。结果表明,不同冲击能量下基体压缩损伤面积随着冲击能量的增大而增大,而冲击能量相同时,受冲击面方向的第一、二层基体拉伸损伤面积远大于第三、四层,玻璃纤维/环氧树脂预浸料的铺层顺序以及方向是影响层合板抗冲击性能的主要因素。基于ABAQUS建立了GLARE层合板的低速冲击有限元分析模型,数值模拟结果说明:在低能量冲击时采用延性损伤准则作为铝合金材料的损伤判据是合理的。

Glare层合板的抗鸟撞分析

飞机结构的抗鸟撞性能对于飞行安全有着直接的联系,鸟撞事故一旦发生,对飞机结构、设备的破坏作用往往极为严重。针对Glare层合板材料进行了抗鸟撞分析,利用有限元方法,采用显式碰撞动力分析软件PAM-CRASH,对四种不同纤维铺层角的Glare层合平板进行了抗鸟撞仿真分析,比较选取了最优的纤维铺层角;设计了全尺寸的机翼前缘模型,对4/3和3/2两种构型的Glare层合蒙皮进行了抗鸟撞仿真。结果表明4/3构型的Glare层合蒙皮的抗鸟撞效果最好,该构型将被进一步应用于机翼抗鸟撞试验件的设计中。

玻璃纤维-铝合金层板(GLARE)的残余应力

对确定纤维金属层板残余应力的几种方法的基本原理进行了介绍，用Ｘ光衍射法，解析法和腐蚀去层法确定了玻璃纤维－铝合金层板（ＧＬＡＲＥ）的残余应力，对以上几种测试方法的优缺点进行了分析，提出了确定纤维金属层板残余应力的建议。

Glare层板试样制备对其性能的影响研究

介绍了Glare层板的试样制备对其性能的影响。Glare层板试样制备主要包括试样设计与加工、加强片粘接以及裂纹预制等工艺,不合理的试样设计、加强片粘接缺陷以及测试工作区的加工误差都会对测试产生重要影响。

GLARE层板与铝合金板在力学性能上的比较及其应用

主要介绍了新型混杂复合材料GLARE层板的综合力学性能,通过与传统铝合金板相应性能的比较、分析,论述了 GLARE层板作为新一代航空材料替代部分铝合金等应用于飞机制造方面,其所具有的优异性能及经济性。简介了该层板现已在国外大型客机上的应用情况。该材料不失为我国现阶段大力发展高强度、低成本复合材料的发展方向。

Glare连接件力学性能研究

兼具玻璃纤维和铝合金两种材料优点的玻璃纤维增强铝合金层合板(Glare)是航空领域未来的选材之一。Glare层合板属于纤维增强合金层合板的一种,其不仅仅是具有纤维增强合金层合板的一半特点,还有着相当强的抗疲劳性能以及很高的强度。本文简述了Glare层合板在航空结构上的应用情况。研究了干涉配合对单钉单剪玻璃纤维增强铝合金连接件挤压强度的影响。

GLARE层压板力学性能试验研究

新型纤维金属层板GLARE因其优异的静强度、抗疲劳和抗冲击等性能,已经广泛应用于飞机的机身蒙皮、水平尾翼和垂直尾翼前缘以及货舱地板。本文对国产GLARE层板力学性能进行试验研究,获得国产GLARE材料的基本力学性能及失效模式,并与国外GLARE层板力学性能进行对比。结果表明,国产GLARE性能优越,可以应用于我国飞机机身蒙皮、尾翼等部位。