胶接挖补修理层合板冲击后压缩性能

胶接挖补修理是飞机复合材料结构修理中最常用的方法之一。研究飞机胶接挖补修理复合材料结构的损伤容限性能是非常必要的。本文通过试验方法研究了未冲击以及在3个不同位置冲击后的胶接挖补修理层合板的压缩性能。研究结果表明,胶接修理层合板的压缩剩余强度约为未冲击试验件的50%~73%。冲击位置在补片边缘,凹坑深度最大,冲击后压缩强度最低;冲击位置在补片中间,凹坑深度也较大,冲击后压缩强度居中;冲击位置在补片斜坡区中间处,凹坑深度最小,冲击后压缩强度最大。由于不同冲击位置下冲击作用点与结构胶层的相对位置不同,对结构内部造成不同程度的损伤,在冲击后压缩过程中,损伤区域周围的应力分布及损伤扩展情况存在差异,引起结构的剩余强度不同。

湿热环境对挖补修理后复合材料层合板振动特性的影响

通过对湿热环境下阶梯挖补胶接修理后碳纤维/双马树脂(T300/QY8911)层合板振动特性的分析,探究了挖补修理后碳纤维/双马树脂层合板在不同湿热效应下的振动特性。基于Mindlin-Reissner板理论与最小势能变分原理,在考虑湿热效应前提下,推导了正交各向异性复合材料层合板的本构关系及四边简支条件下的自由振动控制方程;其次,利用ABAQUS软件建立了三维黏弹性有限元挖补修理模型,应用Fortran语言将湿热耦合下的应力-应变本构关系编入UMAT二次开发文件中,采用三维八节点五自由度等参单元进行了离散。通过与参考文献对照,验证了胶接修理后T300/QY8911层合板有限元模型和编译的湿热环境下UMAT子程序的合理性与有效性。算例结果表明:湿热环境对挖补修理后层合板固有频率的影响比对完整层合板严重;温度对材料性能的影响大于湿度;相比于材料性能变化对振动特性的影响,湿热残余应力对胶接修理后层合板振动特性的影响占主导;参考环境下,胶接修理后层合板的固有频率增大;湿应力对层合板固有频率的影响大于热应力。

基于双线性损伤本构的复合材料修理后强度数值分析方法

针对胶接挖补修理后复合材料结构的强度分析,建立了同时考虑复合材料和胶层损伤状态的三维有限元分析模型。采用混合型损伤内聚力模型模拟胶层的脱黏失效行为。建立基于损伤力学的复合材料三维双线性本构关系,量化损伤程度;并编写为有限元软件ABAQUS的材料子程序VUMAT。通过数值计算对结构强度和损伤过程进行预测。分析实例的计算结果与试验吻合得较好,验证了分析方法的有效性。