挖补修理复合材料层合板拉伸性能研究

在试验研究的基础上,建立三维损伤累积模型研究拉伸载荷下挖补修理复合材料层合板的损伤扩展及其最终破坏规律,并讨论挖补角对挖补修理结构拉伸性能的影响,计算结果和试验结果吻合良好。研究结果表明:挖补胶层中的损伤首先发生在胶层连接0°铺层的地方,然后向四周扩展,当损伤扩展到整个胶层面积约40%时,挖补层合板的应力-位移曲线发生较大的刚度下降,此时的载荷为胶层失效载荷。母板和补片在胶层发生损伤前就出现了少量损伤,在胶层完全破坏前,损伤会沿胶界面扩展;在胶层完全破坏后,损伤会沿母板最窄处向两侧自由边快速扩展,而补片在胶层失效后就停止损伤;胶层失效载荷随挖补角的增大而减小,但挖补角的增大会使胶层破坏后母板的承载能力增加,从而使挖补层合板的最终破坏载荷反而增加。在工程应用中,挖补角的选择应综合考虑结构设计要求、工艺和功能等多方面的因素。     

国产CCF300/双马树脂层合板高温拉伸与压缩性能试验研究

对碳纤维(CCF300)/双马树脂(GW-300)复合材料层合板进行了200 ℃和300 ℃高温环境下的拉伸和压缩性能试验, 研究其在不同温度环境下基本力学性能的变化。研究结果表明, 由基体控制试件在高温下的拉伸强度和模量比由纤维控制试件降低的比例大; 随着温度的升高, 厚试件的压缩强度比薄试件的压缩强度提高幅度明显; 高温下, 拉伸性能保持率较高, 而压缩性能保持率较低; 300 ℃下基体控制试件和纤维控制试件的拉伸强度保持率分别达70%以上和90%以上, 而厚试件和薄试件的压缩强度保持率都只略高于30%。      

复合材料柱面壳压缩性能分析

对三分之一复合材料柱面壳进行压缩性能试验研究与理论分析, 试验得到柱面壳的破坏方式为屈曲破坏。利用有限元法对其建模分析和静强度分析, 得到的静强度远大于屈曲强度, 因此柱壳应该首先发生屈曲破坏, 这与试验结果相符; 且理论计算所得的屈曲强度与试验结果相符, 说明该模型可以用来分析整个复合材料柱壳的压缩破坏行为, 研究结果可为柱壳的结构设计提供参考。对比某一载荷下理论模型与实际模型上对应点的应变, 发现二者结果相符, 证明有限元建模有效。然后分别对理论模型进行屈曲分析。      

穿孔损伤大小和方向对复合材料桨叶振动特性的影响

通过建立的全桨叶有限元模型, 研究了穿孔损伤的大小和方向对桨叶振动特性的影响。以桨叶根部z=50mm处矩形剖面和中部z=835mm处翼型剖面为研究对象, 分别在前缘、 翼盒和后缘模拟不同口径的穿孔损伤, 得到振动特性与穿孔损伤大小的关系, 并通过改变前缘的穿孔损伤方向, 得到振动特性与穿孔损伤方向的关系。结果表明, 穿孔损伤一般不会引起各阶振动模态的改变, 但会使各阶振动频率发生变化。随着损伤口径的增大, 各阶振动频率都降低。损伤发生在前缘和后缘, 摆振频率降低最多, 发生在翼盒, 扭转频率降低最多。穿孔方向对各阶振动频率的影响不仅与损伤的位置和结构有关, 还与损伤剖面的几何形状有关。对于根部矩形剖面, 穿孔方向与剖面弦向夹角为75°和105°对摆振频率影响最大, 对于中部翼型剖面, 夹角接近0°(180°)对摆振频率影响最大。      

穿孔损伤位置对复合材料桨叶振动特性的影响

以某直升机复合材料旋翼桨叶为参考, 在几乎没有对结构进行简化的情况下, 利用有限元软件ANSYS建立完整的有限元模型。在桨叶展向和弦向的不同位置模拟穿孔损伤, 与无损伤桨叶进行比较, 分析不同损伤位置对振动特性的影响, 得到振动特性与穿孔损伤位置的关系。结果表明, 穿孔损伤一般不会引起各阶振动模态的改变, 但会使各阶振动频率发生变化, 对各阶振动频率的影响程度既与损伤发生的位置有关, 也与主承力结构的损伤程度有关。桨叶根部损伤对各阶振动频率都有较大影响, 前缘和后缘损伤对摆振频率影响最大, 翼盒损伤对扭转频率影响最大; 大梁和后缘条的损伤面积越大对摆振频率的影响越大, 抗扭盒形件、 加强梁和大梁内抗扭层等承扭结构的损伤面积越大对扭转频率影响越大。