不同铺层方向层合板阶梯挖补结构拉伸失效行为的研究

采用阶梯挖补法对四种不同铺层方向的复合材料层合板进行修补,测试挖补后层合板的拉伸性能。通过对失效后断口形貌的表征,分析层合板阶梯挖补结构的失效形式,获知其失效形式为纤维和基体的脱粘。分析四种不同铺层方式修补的复合材料层合板母板、补片和胶层的应力分布。结果表明,铺层方式对母板、补片和胶层上的应力分布影响很大,应力主要集中分布在0°方向铺层上,阶梯挖补界面阶梯拐角处应力分布跳跃很大。

铺层方向角偏差对复合材料层板阶梯挖补的拉伸强度影响研究

针对复合材料损伤结构维修中容易出现的铺层角度偏差,根据实际维修情况建立复合材料层板阶梯挖补结构的有限元计算模型,并通过试验验证了该模型的准确性。基于该有限元分析模型并考虑真实维修过程中可能出现的铺叠误差与基准偏差,分别进行了维修结构的单层与整体铺层方向角偏移的拉伸强度性能分析。结果表明,补片出现小角度方向角偏移时,补片中面层以下的铺层角偏移对于拉伸强度的影响可以忽略,中面层以上的铺层随着偏移角度的增大与越靠近表层的位置,结构整体极限应力逐渐增大,当最表层铺层出现偏移时,对于修补结构拉伸强度的影响较大;附加层在修补结构中受载严重,通用的0°附加层铺设角度不一定适用于所有的修补工况,该分析结论也为实际工程维修提供了很好的指导意义。

复合材料阶梯挖补修理中附加铺层的优化设计

基于有限元软件ANSYS,建立了三维复合材料层合板阶梯形挖补修理的有限元模型,分析了附加铺层大小、附加铺层厚度和附加铺层方向等修理参数对复合材料结构挖补修理强度的影响规律。这些影响规律对复合材料结构阶梯挖补修理方案设计具有指导意义。

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。

复合材料加筋板的阶梯式挖补修理稳定性分析

复合材料已在飞机结构中得到了广泛应用,其中胶接修补研究是当前复合材料结构修补中急待解决的重要问题之一。主要针对层合板结构胶接修理中的阶梯式挖补进行研究,建立了复合材料加筋板阶梯式挖补修理结构的有限元分析模型,并进行了屈曲数值分析,详细探讨了补片半径、补片阶梯数、筋距对挖补修理结构稳定性的影响规律。

复合材料加筋层合板阶梯式挖补修理的稳定性分析研究

基于有限元方法,研究了复合材料加筋层合板阶梯式挖补修理的稳定性问题。利用商用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran,建立了复合材料层合板阶梯式挖补修理结构稳定性三维有限元分析模型。并通过所得屈曲特征值计算出修补结构临界失稳载荷,拟合出临界失稳载荷图,分析得出不同筋距、加筋数、挖补阶数和胶层厚度对复合材料层合板阶梯式挖补修理结构稳定性的影响规律。

真空辅助湿铺贴阶梯形挖补修理后层合板拉伸破坏模拟

对玻璃纤维增强复合材料真空辅助湿铺贴阶梯形挖补修理后层合板建立了三维有限元模型,进行了拉伸破坏模拟。发展了考虑剪切非线性的复合材料各向异性连续损伤力学模型,用于模拟母板与补片复合材料单向带失效。采用基于双线性cohesive本构的接触分析模拟了真空辅助湿铺贴阶梯形挖补修理后形成无厚度二次固化界面。数值模拟结果与试验结果吻合较好表明所采用的模型能很好地预测整个修理结构的拉伸性能。最后,分析了整个拉伸过程中层合板斜接挖补修理结构的损伤破坏过程。

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。

补片搭接长度对修理层合板湿热振动特性的研究

根据复合材料层合板损伤尺寸确定补片的搭接长度尤为重要,合适的搭接长度能够有效提高层合板的强度,延长使用寿命。通过数值仿真与试验验证,研究湿热效应下补片的搭接长度对修理层合板振动特性的影响。基于一阶剪切变形理论(FSDT)和Hamilton原理推导了层合板在湿热效应下的本构方程和自由振动控制方程。利用ABAQUS软件建立了双面阶梯修理层合板模型,分析了在不同温度、湿度和湿热耦合作用下,使用搭接长度p分别为8 mm、10 mm、12.7 mm、14 mm、16 mm、18 mm的补片修理层合板与完整板的振动特性。结果表明:当温度T为300~320.15 K,p为12.7 mm时,层合板的热稳定性与刚度恢复效果较好;当湿度C为0%~0.158%,p为14 mm时,层合板的湿稳定性与刚度恢复效果较好;湿热耦合作用下,采用搭接长度较小的补片,固有频率变化较大,采用搭接长度过大的补片则会扩大修理区域导致层合板剩余刚度降低。p值越靠近12.7~14 mm的修理构型,湿热效应对固有频率影响越小,层合板的湿热稳定性与修理效果越好。

碳纤维/双马来酰亚胺复合材料修复性能

为了得到碳纤维/双马来酰亚胺复合材料最佳修复效果,采用碳纤维/环氧复合材料和环氧胶膜作为修复材料,对带Φ15 mm和Φ5 mm预制孔碳纤维/双马来酰亚胺复合材料进行单面贴补、双面贴补和单面阶梯挖补修复。研究了补片长度、厚度和铺层顺序对修复效果的影响,并结合修复试样的拉伸断裂模式,优化了修复参数。结果表明:补片边缘母板中存在的应力集中和厚度方向拉伸应力是导致母板断裂的关键原因;双面贴补修复试样拉伸强度能恢复到完好试样的90%以上,单面贴补和阶梯挖补修复试样拉伸强度能恢复到完好试样的80%以上。

复合材料层合板阶梯形挖补胶接修理渐进损伤分析

建立了复合材料层合板阶梯形挖补胶接修理构型的渐进损伤分析三维有限元模型,同时考虑了复合材料母板、补片和胶层的损伤扩展以及它们之间的相互影响。层合板采用含正交各向异性损伤的连续介质损伤力学(CDM)本构方程进行描述,材料积分点处的损伤状态采用二阶张量形式的内部状态变量表征。胶层采用含各向同性损伤的CDM本构方程进行描述,材料积分点处的损伤状态采用常数形式的损伤变量表示。计算结果与试验数据符合较好,说明该模型可较好预测挖补胶接修理的复合材料层合板拉伸强度及其失效模式。

复合材料正交加筋层合圆柱壳结构阶梯式挖补修理的参数化研究

利用三维参数化有限元分析模型,对复合材料正交加筋层合圆柱壳结构的阶梯式挖补修理进行了参数分析。主要考虑了载荷情况、阶梯数、铺层顺序以及补片铺层错误等修理参数对阶梯式挖补修理结构胶层剥离应力和剪切应力分布情况的影响规律,并利用绝对值的平均值和均方差来描述胶层剪切应力剥离应力的分布情况,以确定最优的阶梯式挖补修理参数。基于该文建立的三维有限元模型可以深入地了解复合材料正交加筋层合圆柱壳结构阶梯式挖补修理区域胶层应力分布的详细情况,而且参数化分析结论也可为复合材料正交加筋层合板圆柱壳结构的阶梯式挖补修理方案的设计和分析提供参考。

基于力学解析的复合材料胶接修理技术

为快速实现超手册修理方案设计,在拉伸条件下考虑实际修理中双面贴补结构的阶梯末端截面积变化的复合材料层合板双面贴补修理模型以及无附加层、一附加层和二附加层结构的阶梯型挖补修理结构解析分析模型,分析复合材料层合板双面贴补和阶梯挖补修理效果。解析模型采用理想的弹塑性曲线作为胶膜剪切应力-应变曲线,使用最大剪应变准则作为失效判据计算胶膜的失效载荷。解析得到了胶接修理后接头极限载荷的连续结果,分析结果表明,双面贴补搭接长度在一定范围内的提升可以有效提高接头强度,阶梯挖补阶梯数及附加层数的增加都可以有效提高阶梯挖补接头强度。

复合材料层合板阶梯式挖补修理的屈曲分析

利用有限元软件MSC.Patran/Nastran,建立了复合材料层合板阶梯式挖补的三维有限元分析模型,对其稳定性进行了分析,并通过分析得到的屈曲特征值,拟合得到了不同筋距、加筋数、挖补阶数和胶层厚度对复合材料层合板阶梯式挖补修理结构屈曲的影响规律。