不同鋪層方向?qū)雍习咫A梯挖補(bǔ)結(jié)構(gòu)拉伸失效行為的研究

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1、第33卷第6期航空材料學(xué)報Vo1．33，No．62013年12月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSDecember2013不同鋪層方向?qū)雍习咫A梯挖補(bǔ)結(jié)構(gòu)拉伸失效行為的研究李娜，王志平，紀(jì)朝輝，劉闊(1．中國民航大學(xué)理學(xué)院，天津300300；2．中國民航大學(xué)天津市民用航空適航與維修重點實驗室，天津300300)摘要：采用階梯挖補(bǔ)法對四種不同鋪層方向的復(fù)合材料層合板進(jìn)行修補(bǔ)，測試挖補(bǔ)后層合板的拉伸性能。通過對失效后斷口形貌的表征，分析層合板階梯挖補(bǔ)結(jié)構(gòu)的失效形式，獲知其失效形式為纖維和基體的脫粘。分析四種不同鋪層方式修補(bǔ)的復(fù)合

2、材料層合板母板、補(bǔ)片和膠層的應(yīng)力分布。結(jié)果表明，鋪層方式對母板、補(bǔ)片和膠層上的應(yīng)力分布影響很大，應(yīng)力主要集中分布在0。方向鋪層上，階梯挖補(bǔ)界面階梯拐角處應(yīng)力分布跳躍很大。關(guān)鍵詞：復(fù)合材料層合板；階梯挖補(bǔ)；鋪層方式；有限元模擬；應(yīng)力分布doi：10．3969／j．issn．1005—5053．2013．6．011中圖分類號：TB330．1；V214．8文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1005—5053(2013)06—0062—08纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料在汽車、船舶、航空航研究。發(fā)現(xiàn)修補(bǔ)鋪層順序、修補(bǔ)斜接角度和覆蓋層天等領(lǐng)域中應(yīng)用比例越來越大，但同時也帶來了

3、對平均應(yīng)力和應(yīng)力峰值的影響最大，進(jìn)而影響修補(bǔ)這類材料損傷后的處理問題’。出于經(jīng)濟(jì)性和環(huán)后結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。保方面考慮，當(dāng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷時，應(yīng)及時進(jìn)相比之下，階梯挖補(bǔ)方面的研究相對較少，研行修補(bǔ)，而不是直接報廢。在這種情況下，復(fù)合究方向大多集中在采用有限元方法分析材料的失材料損傷修補(bǔ)問題一直備受國內(nèi)外研究學(xué)者的效強(qiáng)度和膠層的應(yīng)力分布情況。例如，F(xiàn)redrickson關(guān)注。等和Mollenhauer等¨建立了準(zhǔn)各向同性復(fù)合挖補(bǔ)法修補(bǔ)可以有效恢復(fù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，具有減材料層合板挖補(bǔ)結(jié)構(gòu)的三維有限元模型，并對斜少應(yīng)力集中、形狀改變小、修補(bǔ)后基本不改變結(jié)構(gòu)接挖補(bǔ)和

4、階梯挖補(bǔ)接頭在拉伸載荷作用下的應(yīng)變質(zhì)量等優(yōu)點，目前已成為航空航天復(fù)合材料部件分布進(jìn)行了分析，試驗數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果很好地揭損傷采用比較普遍的一種修補(bǔ)技術(shù)’。挖補(bǔ)法示了面內(nèi)應(yīng)變與各鋪層之間的關(guān)系，指出復(fù)合材按照粘接界面形狀可分為斜接挖補(bǔ)和階梯挖補(bǔ)料層合板樹脂層厚度與模量是影響面內(nèi)剪切應(yīng)變兩種。的主要因素。斜接挖補(bǔ)中斜接角度是影響修補(bǔ)質(zhì)量的關(guān)鍵因徐建新等建立了復(fù)合材料層合板階梯式挖素。Campilho等和He等采用試驗和有限元補(bǔ)結(jié)構(gòu)的三維有限元模型，在計算得到了挖補(bǔ)結(jié)構(gòu)法對不同斜接角度接頭的應(yīng)力分布情況進(jìn)行了分膠層剝離應(yīng)力和剪切應(yīng)力分布情況的同時，研究了析

5、，并計算了接頭的強(qiáng)度。有限元分析結(jié)果表明，不鋪層方向、膠層厚度、搭接長度等參數(shù)對膠層應(yīng)力分同斜接角度粘接界面剝離應(yīng)力和剪切應(yīng)力變化趨勢布的影響規(guī)律。指出階梯式挖補(bǔ)結(jié)構(gòu)中層合板的鋪相同，并且最大應(yīng)力分布在界面邊緣處。在此基礎(chǔ)層方向?qū)δz層面內(nèi)剪應(yīng)力分布有較大影響。但是缺上，Andrew等又對膠黏劑厚度、層壓板厚度和鋪少模擬結(jié)果和試驗結(jié)果的對比驗證。層順序?qū)π苯咏宇^上平均應(yīng)力和應(yīng)力峰的影響進(jìn)行為了系統(tǒng)研究鋪層方向?qū)﹄A梯挖補(bǔ)結(jié)構(gòu)拉伸失效行為的影響，本工作在前人研究的基礎(chǔ)上，以目前收稿日期：2013·01—21；修訂日期：2013—03_04在役民機(jī)上普遍采

6、用的復(fù)合材料層合板為研究對作者簡介：李娜(1979一)，女，博士研究生，主要從事樹脂基象，對不同鋪層方向?qū)雍习咫A梯挖補(bǔ)后的拉伸性能復(fù)合材料研究，(E—mail)nli@cauc．edu．cn進(jìn)行研究。并結(jié)合有限元方法，分析階梯挖補(bǔ)結(jié)構(gòu)通訊作者：劉闊(1988一)，男，碩士研究生，主要從事復(fù)合材在受力過程中母板、補(bǔ)片和膠層的應(yīng)力分布情況，揭料力學(xué)研究，(E—mail)kliu@cauc．edu．cn。示不同鋪層方向挖補(bǔ)結(jié)構(gòu)拉伸失效機(jī)制。第6期不同鋪層方向?qū)雍习咫A梯挖補(bǔ)結(jié)構(gòu)拉伸失效行為的研究69supportbycombiningcost—benefi

7、tandmuhicriteriadecisionHAUERDH，eta1．Applicationofthree—dimensional-analysis[J]．DecisionSupportSystems，2011，51(1)：splinevariationalanalysisforcompositerepair[J]．co—167—175．mpositeStructures，2008，83：119—130．[5]HARTSLJ．Adhesive—BondedJointsforComposites—Phe—[14]MOLLENHAUERDH，F(xiàn)RE

8、DRICKSONBM，SCHOEP．nomenologicalConsiderations[c]／／TechnologyC