挖补修理蜂窝夹芯结构侧压强度的可靠性及灵敏度分析

以挖补修理复合材料蜂窝夹芯结构为研究对象,考虑胶层性能的不确定性,通过ABAQUS-MATLAB-Python联合仿真,建立挖补修理蜂窝夹芯结构侧向压缩渐进损伤分析模型,得到随机变量与其所对应的输出响应。基于蒙特卡罗法进行可靠性分析,采用基于方差和失效概率的全局灵敏度分析方法进行参数灵敏度分析。结果表明:外载荷在不同数值区间下结构失效概率具有较大差异,在接近极限破坏载荷时失效概率显著增加;胶层厚度方向的弹性模量和面内两个相互垂直方向上的剪切模量对挖补修理蜂窝夹芯结构侧压强度方差和失效概率的影响较大。

挖补修理复合材料层合板疲劳性能研究进展

随着纤维增强复合材料结构的应用更加广泛,其结构修理问题日渐凸显。挖补修理在复合材料层合板修理中具有重要地位,而修理后结构的疲劳性能是评价结构修理质量的重要依据,因此对复合材料挖补修理层合板疲劳性能的研究意义重大。文中从模型和试验两方面总结了挖补修理复合材料层合板疲劳性能研究现状,指出了当前挖补修理复合材料层合板疲劳性能研究存在的问题,可为复合材料结构挖补修理研究和工程应用提供参考。

CFRP层合板双面挖补补片设计及性能分析

基于三维Hashin准则,借助有限元方法(FEM),建立了复合材料层合板双面挖补修补模型。引入一种只挖去破损部位,留下有锥度的孔但未覆盖胶层及补片的挖补模型,分别论述修补效果中挖补后母板的剩余强度和胶层补片提升的强度,得到了双面挖补修理的损伤过程和最佳挖补角度。结果表明:双面挖补拉伸强度恢复率为50%~80%,能够通过更小的挖补面积实现与单面挖补相同的修复效果,对母板的损伤更少,适用场景更多;双面挖补修理效果随着挖补角度的增大先增大后减小,在挖补角度为6°时修补效果最佳,强度恢复率达到78%;采用T300/7901材料作为母板和补片材料,通过试验验证了试件失效载荷与有限元模拟结果吻合良好,误差率小于15%,可以证明建模的正确性。

基于材料时变参量的挖补修理胶层内剪应力研究

以AS4/3501-6材料的挖补修理为研究背景,基于材料热、力学参数的时变特性,分别为补片和胶层建立了热-力-化学多物理场耦合的有限元模型,研究了不同挖补角度和胶层厚度对胶层残余剪应力的影响,探索了不同挖补修理设计方案下的修理过程中胶层残余剪应力分布。结果表明:挖补角度、胶层厚度的增大均会加剧胶层残余剪应力集中;减小挖补角度,可有效降低胶层残余剪应力及沿胶层径向平均剪应力梯度;3°挖补角度下胶层径向中点残余剪应力比15°下降低17%,径向平均剪应力梯度降低92%;减小胶层厚度,胶层残余剪应力减小但平均剪应力梯度增大,0.3 mm胶层厚度下胶层径向中点残余剪应力比1.5 mm下降低15%,径向平均剪应力梯度升高30%。经验证三维有限元模型及计算方法正确,为改进修理工艺、提高修复质量提供了依据。

湿热环境下不同挖补构型层合板振动特性分析

通过理论推导和有限元仿真探究了自由边界条件下,不同损伤深度阶梯挖补修理层合板在不同温度和含湿量情况下的振动特性。基于Voklkersen胶接接头模型并考虑湿热效应的影响得出修理层合板的运动平衡方程,通过推导得到修理层合板的振动特征方程。在ABAQUS软件中建立了不同挖补深度层合板的有限元模型并通过试验验证,在不同温度、含湿量条件下,分析挖补层数、附加铺层数和搭接长度对振动特性的影响。研究结果表明:修理层合板固有频率增幅随挖补层数的增加而增加;含有附加铺层的层合板可以更好地维持固有频率,且两层附加补片的效果优于一层附加补片的效果;非穿透修理构型层合板的固有频率随搭接长度增加而增加;对于穿透修理构型层合板,其固有频率更易受到温度、含湿量和搭接长度影响,在高温干态环境(T=100℃、C=0%)下,当搭接长度在1.5~9 mm之间变化时,搭接长度为4 mm的穿透修理构型层合板固有频率最低。

挖补修理平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧向压缩渐进失效机理

针对单侧面板挖补、单侧面板加芯子挖补、双侧面板加芯子挖补3种修理方式,采用一维阶梯挖补模型代替三维模型研究挖补修理平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧向压缩渐进失效机理。建立能够模拟蜂窝壁损伤演化的有限元模型,利用内聚力模型模拟胶层损伤。试验和仿真结果表明,完好件和各种挖补方式试验件的破坏模式均为向非修补面板内凹的屈曲变形;各种挖补方式的侧压强度恢复率均在75%以上,大小排序为:单侧面板挖补、双侧面板加芯子挖补、单侧面板加芯子挖补;完好件和各种挖补方式试验件均未出现面板损伤,均出现蜂窝壁横向损伤和剪切损伤,且横向损伤均先出现,均在与发生大变形的蜂窝芯格相连的胶层处出现应力集中;蜂窝壁纵向损伤仅出现在单侧面板挖补件上,胶层损伤只出现在双侧面板加芯子挖补件上;芯子蜂窝壁损伤均发生在靠近替芯的母体芯材上。

复合材料胶接挖补工作负荷评价研究

为满足复合材料适航维修工作负荷评价需求,提出一种针对胶接挖补的工作负荷评价指标体系与模型。首先根据扎根理论定义了胶接挖补工作负荷顶层指标;然后利用AMOS软件建立基于SEM(structural equation modeling)的工作负荷评价指标模型,并对指标分析筛选,构建出包含4个一级指标、17个二级指标的工作负荷评价指标体系;最后运用G1算法计算了指标权重系数,结合线性加权法确定了工作负荷评估模型。飞机复合材料蒙皮雷击损伤胶接挖补的工作负荷评价结果证明了本文模型的有效性。

挖补参数对低能量冲击损伤层合板修理性能的影响研究

为探索层合板低能量冲击损伤挖补修理参数及其对修理性能的影响,采用两种冲击源对T700/DS1202层合板进行了冲击试验,并进行挖补修理,测试修理后的压缩强度。结果表明:无论是何种冲击源,采用阶梯形挖补修理工艺,强度恢复率均可达79.9%以上。但在同等冲击能量等级下,锥形冲击源造成的损伤,修理后强度恢复率较低。同时,单面挖补工艺的强度恢复率更高,修理质量更稳定,压缩破坏形式以基体和纤维的压缩为主;双面挖补工艺易产生应力集中,强度恢复率低,质量稳定性差,压缩破坏形式以分层为主。

干法/湿法挖补修理层合板力学性能的对比研究

挖补修理是一种常用的受损复合材料结构修复方法,主要可分为干法(预固化补片)修理和湿法(湿铺贴)修理。通过开展静力拉伸实验,研究了不同损伤尺寸的预固化补片挖补修理和湿铺贴挖补修理层合板的极限强度、破坏模式以及补片脱粘情况,实验结果表明采用预固化补片修理的结构其强度恢复率更高,补片提前脱粘概率更低,修理效果更好。在力学实验的基础上,通过有限元计算准确预测了挖补修理层合板的极限强度、应力应变分布和损伤演化过程,计算结果表明预固化补片修理结构的胶层应力分布更加均匀,应力水平和应力集中程度更低,出现界面失效和胶层内聚失效的载荷也更高。

挖补修理平纹编织复合材料层合板静态拉伸与拉-拉疲劳试验研究

通过试验研究挖补修理对平纹编织复合材料层合板静态拉伸与拉-拉疲劳性能的影响,疲劳试验应力比R为0.1。结果表明:挖补修理降低了层合板静态拉伸强度、静态拉伸模量、拉-拉疲劳极限和剩余载荷,挖补修理后恢复率分别为64.9%、82.5%、80.7%和76.6%;挖补修理层合板拉-拉疲劳寿命恢复程度随着载荷水平增加而减小;拟合的S-N曲线在有限寿命区具有较高可信度;经过106次循环加载作用后的完好件和修理件的剩余载荷均小于静态拉伸破坏载荷,且循环加载后刚度均变大;所有试验件断口处均出现纤维断裂和基体开裂,完好件断口以纤维断裂为主,且伴有分层损伤,修理件断口补片与胶层之间发生剪切破坏导致补片与母板明显脱黏。

基于预浸料挖补修理法的轨道车辆用CFRP结构修复研究

采用碳纤维预浸料结合损伤挖补修理法修复轨道车辆用碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板,研究了打磨斜度、打磨阶梯数、修复补片结构等参数对修复件压缩性能的影响,并利用数字图像相关测试系统探究了修复件的断裂特性。结果表明:各因素对CFRP层合板修复件压缩强度的影响大小依次为补片结构、打磨阶梯数、打磨斜度,各因素对CFRP层合板修复件刚度的影响大小依次为补片结构、打磨阶梯数、打磨斜度;当打磨斜度为15,打磨阶梯为4阶梯、补片结构为[+45/-45]_(8s)时,CFRP层合板的修补效果较好;在CFRP层合板修复过程中需避免使用0阶梯+编织补片的组合进行修复,同时应避免打磨斜度过大,使修补区过于接近补板边缘,造成修补效果不理想。

沥青路面小修挖补及罩面工程施工研究

小修挖补对于养护来讲是非常关键的,对于确保道路顺利通行、服务质量,提高指标与延长使用年限均有着较大的现实意义。为了确保行车的舒适和安全,强化提升路面服务能力,增加公路的社会效益,本文以国道105线沥青路面为例对小修挖补施工流程进行研究,分析沥青路面小修挖补施工技术,提出罩面施工质量控制措施,其中包括测量与铣刨病害、桥头处理、撒防水层、压实成型以及施工安全管理等,以期为相关人员或者工程提供借鉴。

斜面挖补修理复合材料的有限元分析

利用有限元软件ANSYS建立了复合材料层合板斜挖补修理的三维有限元模型,分析了不同挖补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,在其他参数不变的前提下,合理选择挖补角可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斜挖补修理方案设计具有一定的指导意义。

基于响应面法的CFRP层合板挖补修理结构的单目标优化

对于CFRP层合板挖补修理结构的优化问题,首先通过三维实体单元建立三维损伤累积模型并通过试验验证所建立的仿真模型的有效性,然后采用拉丁超立方试验设计方法和响应面法构建了拉伸强度代理模型,最后基于遗传算法和代理模型进行联合优化。研究结果表明:数值模型与仿真模型吻合度较好,误差在10%以内,表明所建立的有限元模型具有有效性。拉伸载荷下挖补结构的失效模式以胶层的剪切失效为主,胶层损伤起始于层合板和补片0°层对应的位置,然后向四周扩展,胶层失效后补片失去承载能力,母板继续承载并在最窄处断裂。最佳胶层厚度、挖补角度和旋转角度分别为0.1035 mm、2.5°和0°。与常规挖补结构相比,拉伸强度提高了12.57%。采用遗传算法对CFRP层合板挖补结构进行优化,对提高挖补结构的力学性能具有重要意义。

胶粘剂性能对挖补修理层合板拉伸性能的影响

利用非线性三维有限元模型,对挖补修理复合材料层合板的拉伸破坏行为进行研究,计算结果与试验结果吻合良好,证明了所建模型的有效性.在此基础上,分析了挖补修理层合板的拉伸破坏机理,以及胶粘剂力学性能对挖补结构拉伸性能的影响.最终,总结出挖补修理复合材料结构胶粘剂选用原则以及理想胶粘剂的性能特征.研究结果可为复合材料结构可修理性设计,以及挖补类复合材料层合板端面对接用胶粘剂的研制提供参考.

用参数样条插值挖补方法进行大规模散乱数据曲面造型

利用矩形域中带连续边界条件的多元散乱数据最优插值方法,结合张量积型参数样条插值,从挖补的思想得到启发,提出一种适合大规模散乱数据曲面造型的参数样条插值挖补方法.用该方法构造的参数曲面内部Cm,n连续,挖补的矩形边界分别为Cm-1,0和C0,n-1连续.最后就常见的m=n=2时的双三次样条给出一些数值例子,说明该算法简单易行,效果良好.

挖补修理对复合材料层合板拉伸性能的影响

挖补修理是一种先进的复合材料层合板损伤修理技术,分为斜接法和阶梯法两种类型。本文研究不同修补结构对斜接法挖补修理试验件力学性能的影响。对斜接法楔形砂磨斜坡比率为1:10、1:20、1:30和1:40的复合材料层合板修理试验件的拉伸性能进行了研究,同时总结了斜接法修理后试件的断裂位置特征。结果表明:斜接法斜坡比率为1:30的挖补修理试件的抗拉强度最好,外加补片会提高试件的抗拉强度,外加补片层数2层为宜。断裂类型主要有脱胶断裂和补片断裂。

复合材料挖补修理技术研究现状与发展趋势

复合材料在航空器上的大量应用导致了对高效可靠的复合材料结构维修技术的迫切需求。针对挖补修理这一先进的复合材料结构修理技术,首先给出了复合材料挖补修理技术体系;分析总结了挖补修理各个关键技术环节的研究现状;最后对挖补修理技术存在的问题及未来的发展方向进行了展望。复合材料挖补修理技术将为设计、制造、运营等航空器全生命周期的各阶段提供技术支持,可有效提高航空器的安全性和降低成本。

复合材料挖补修理结构的压缩强度分析

基于Patran/Nastran有限元软件对复合材料层板的挖补补强结构进行细节应力分析,引入Tsai-Hill强度准则和最大剪应力破坏判据预报其压缩强度,通过PCL语言实现了挖补结构的参数化建模并讨论主要修补参数的影响规律.结果表明：强度预报结果与试验结果较好吻合,误差小于10%.复合材料层板在单向和多向载荷作用下的最大挖补角度分别为5°和4°;胶层厚度在满足胶接强度的条件下越小越好,宜为0.10-0.15 mm;挖补修理适用于孔径小于70 mm的损伤.

复合材料层合板阶梯式挖补修理参数分析

基于有限元方法,研究了复合材料层合板阶梯式挖补修理问题。建立了复合材料层合板阶梯式挖补修理结构的三维有限元模型,并计算得到了修理结构胶层剥离应力和剪切应力的分布情况。研究了铺层方向、胶层厚度、搭接长度和高度等修理设计参数对胶层应力分布的影响规律。