复合材料补片胶接修理技术的研究进展

自７０年代以来，澳大利亚和美国空军发展了一种新的结构修理技术，即采用复合材料补片对损伤金属飞机结构进行胶接修理，目前已成功地在多种军用和民用飞机上得到了应用。实践证明：这是一种优质、高效、低成本的结构修理技术［１］。本文介绍了这种修理方法的优缺点、技...

复合材料层压板胶接挖补修理分析方法及影响因素研究

对复合材料层压板胶接挖补修理后强度特性分析及评估方法开展了研究,提出了一种能够模拟复合材料挖补修理结构逐渐失效过程以及强度预测的数值分析方法;设计并完成了无损试样及楔形挖补修理试样的拉伸试验,以验证计算模型的有效性及精度;最后,利用提出的数值分析模型,进行了复合材料挖补修理参数影响分析,发现5°为最优挖补修理角,胶层厚度以0.1 mm为宜。当补片铺层中0°和±45°层各占50%时,挖补修理层合板承载能力最高。

补片结构设计对碳纤维复合材料修补试样拉伸性能的影响

复合材料结构件维修中较为常用的修补方式为胶接修补。提出一种新型的补片结构,以提升胶接修补后复合材料试样的承载能力,通过建立三维渐进损伤有限元模型,对不同复合材料修补试样在单轴拉伸过程中补片的损伤机理进行分析。通过实验与有限元仿真,得到不同修补结构的拉伸强度和位移量等实验数据。结果表明:在单轴拉伸试验中工字形修补结构的复合材料层合板在失效时的最大位移载荷和拉伸强度分别达到3.49mm和319MPa,相对于阶梯形修补结构分别提升14.4%和5.1%。所建立的有限元仿真模型与试验结果吻合较好,可用于预测复合材料修补结构破坏模式和损伤的扩展。

补片形状对复合材料结构胶接修理效果的影响

以圆孔型损伤为例,采用三维有限元模型分析了复合材料胶接修理时补片形状对其承载能力的影响。结果表明,在胶层面积、补片材料和修理工艺等参数不变的前提下,圆形补片比矩形补片能显著提高复合材料结构胶接修理的承载能力;对于相同的矩形补片,当其长边平行于外力方向时更有利提高复合材料结构胶接修理的承载能力。

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。

复合材料补片胶接修补研究进展

介绍了复合材料补片胶接修补的优越性及关键技术。详细论述了复合材料补片胶接修补的设计分析以及修补的无损检测和试验验证。追踪报道了补片胶接修补的研究方法。

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 )

复合材料补片胶接补强铝合金板残余热应力研究

复合材料补片胶接技术是一种有效修复飞机受损铝合金构件的低成本方法。补片与铝合金材料热膨胀系数的显著差异,会在构件中引入残余热应力,对构件性能造成不利影响。文中采用单向碳/环氧复合材料补片对航空铝合金LY12CZ薄板进行单面补强,并通过确定应力释放温度测量了铝板及补片上的残余热应变。结果表明,对完好铝板而言,铝板和补片的残余热应变可分别达到-488με和285με;对于含中心裂纹铝板而言,裂纹长度对于残余热应变的影响较小。采用经典层合板理论和双金属片模型分别预测了复合材料补片及铝合金板在胶接面上的残余热应力。经典层合板理论对补片和完好铝板残余热应力的预测值分别为-79.8MPa和50.8MPa;双金属片模型的计算值偏大,分别为-98.4MPa和64.6MPa。

复合材料补片参数对修理后金属结构疲劳性能的影响

为评估复合材料补片参数对修理后金属结构疲劳性能的影响,本文基于复变量Green函数方法,利用AFGROW软件建立了复合材料补片胶接修补损伤飞机金属结构裂纹扩展寿命分析模型。研究结果表明:(1)该模型精度较高,可以满足工程要求;(2)修理结构的裂纹扩展寿命随着补片宽度的增大而增加,但增幅越来越小,寿命变化曲线趋于平稳;(3)由于无法考虑脱粘扩展,结构修理后的裂纹扩展寿命随补片厚度只呈现上升趋势;(4)在可达性满足的情况下,宜对含裂纹结构进行双面修理。

复合材料补片胶接修补剥蚀金属结构技术研究

建立了复合材料补片单面胶接修理含孔剥蚀损伤铝合金试件的三维有限元模型,分析了修理结构的应力分布情况,对中性轴偏离导致的弯曲变形及固化过程中形成的残余热应力对修理效果的影响进行了评估。结果表明,复合材料补片单面胶接修理是一种有效的修理方法,复合材料补片可以对含孔剥蚀损伤铝合金试件补强。

复合材料补片胶接修补结构的有限元分析

采用有限元分析方法，研究了裂纹板胶接复合材料补片后，裂纹尖端的应力强度因子值。结果表明增加补片的宽度和厚度，或者减小补片的长度，都可以提高结构的修补效果。

复合材料补片快速胶接修复受损复合材料层压板试验研究

采用复合材料补片胶接修复技术对含孔损伤复合材料层压板进行单面胶接修复。在修复过程中,重点考察了补片材料、补片设计及固化制度等因素对修复效果的影响。试验结果表明:经单面修复后,修复结构的静态力学性能得到了显著改善,最高恢复率为66.69%,而其刚度几乎不发生改变;同时,其修复温度低(66℃)、耗时短(固化时间1h),易于实现快速抢修。

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。

单向拉伸条件下补片参数对复合材料胶接修复结构的影响

建立含中心半穿透圆孔的损伤金属板修补结构的三维有限元模型,以应力集中系数(Stress Concentration Factor,SCF)和挠度w作为复合材料胶接修复效果的指标,分析单向拉伸条件下,正方形补片的长度、厚度和铺层方式对修复效果的影响。结果表明:补片长度取孔直径的3.5倍、厚度取孔深度的0.6~0.8倍、铺层方式取0°/90°铺层时,复合材料单面修复含损伤裂纹板的效果较好。根据分析结果制备了实验件,进行了单向静拉伸实验,修补实验件的破坏强度比未修补实验件提高了10.1%。

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。

损伤金属结构的复合材料胶接修补实验研究

采用复合材料补片对损伤的金属飞机结构进行胶接修理，可以经济而有效地恢复结构的承载能力和延长结构的使用寿命。通过金属材料裂纹板胶接修补前后的静强度和疲劳寿命对比试验，验证了这种修补方法的可行性和有效性。实验结果表明：裂纹板经复合材料补片胶接修补后，其静强度和疲劳寿命均有显著的提高，并且增加补片的宽度或者减小补片的长度，都可以提高结构的修补效果。

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。

复合材料胶接修补飞机金属结构技术的研究进展及关键技术

在修补含裂纹损伤的飞机金属结构和老龄化飞机延寿方面,复合材料胶接修补飞机金属结构是一门实用有效的技术。主要介绍了该技术的操作流程和关键技术,以及国内外该领域内近10年来在理论和实验方面的研究动态。

复合材料胶接修补参数优化研究

针对复合材料层合板穿透性损伤,采用圆形复合材料补片胶接修补方式,对影响胶接修补效率的多个因素进行分析计算。修补结构采用"双板-胶元"模型,有限元分析运用NASTRAN软件。所得结论对工程设计有一定的实用价值。

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。