不同鋪層方向?qū)雍习咫A梯挖補結(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：采用階梯挖補法對四種不同鋪層方向的復(fù)合材料層合板進行修補，測試挖補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的復(fù)合

2、材料層合板母板、補片和膠層的應(yīng)力分布。結(jié)果表明，鋪層方式對母板、補片和膠層上的應(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；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文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1005—5053(2013)06—0062—08纖維增強樹脂基復(fù)合材料在汽車、船舶、航空航研究。發(fā)現(xiàn)修補鋪層順序、修補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，進而影響修補這類材料損傷后的處理問題’。出于經(jīng)濟性和環(huán)后結(jié)構(gòu)的強度。保方面考慮，當(dāng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷時，應(yīng)及時進相比之下，階梯挖補方面的研究相對較少，研行修補，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問題一直備受國內(nèi)外研究學(xué)者的效強度和膠層的應(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)合挖補法修補可以有效恢復(fù)結(jié)構(gòu)強度，具有減材料層合板挖補結(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、修補后基本不改變結(jié)構(gòu)接挖補和

4、階梯挖補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技術(shù)’。挖補法示了面內(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和階梯挖補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。斜接挖補中斜接角度是影響修補質(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結(jié)構(gòu)的三維有限元模型，在計算得到了挖補結(jié)構(gòu)法對不同斜接角度接頭的應(yīng)力分布情況進行了分膠層剝離應(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)力峰的影響進行為了系統(tǒng)研究鋪層方向?qū)﹄A梯挖補結(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梯挖補后的拉伸性能復(fù)合材料研究，(E—mail)nli@cauc．edu．cn進行研究。并結(jié)合有限元方法，分析階梯挖補結(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結(jié)構(gòu)拉伸失效機制。第6期不同鋪層方向?qū)雍习咫A梯挖補結(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