Glare层板疲劳性能研究综述

Glare层板是由铝合金和玻璃纤维增强复合材料组成的一种混杂结构材料,是一种新型的航空结构材料。Glare层板具有优异的抗裂纹扩展能力,广泛地应用于飞机较为关键的疲劳结构件上。目前,国外许多研究机构对Glare层板疲劳性能开展了大量的试验研究,综合分析了国外Glare层板的研究文献,对4所研究机构(荷兰Delft理工大学、美国MIT大学、美国California大学和日本Shiga Prefecture大学)开展的Glare层板疲劳性能试验研究进行了分析与总结,简述了不同类型Glare层板抗疲劳裂纹扩展的能力,并提出了今后进一步的研究方向及工作重点。     

大飞机用Glare层板的性能综合评价研究

主要介绍了一种先进玻璃纤维增强铝合金复合材料Glare层板的研究进展,并综合分析欧美Glare层板的研究文献,评述了Glare层板的拉伸性能、压缩性能、冲击性能、剪切性能、缺口残余强度、承载强度、疲劳性能等力学性能,分析了Glare层板环境耐久性和阻燃性等稳定性研究.通过与铝合金和Arall层板的性能比较、分析,论述了Glare层板作为替代铝合金应用于飞机制造方面所具有的优异性能及经济性,简单评述了Glare层板铺层结构与性能的关系,为其应用提供评价基础.     

玻璃纤维-铝合金层板的拉伸和疲劳性能研究

对单向和正交玻璃纤维-铝合金层板的拉伸和疲劳性能进行实验和分析,利用和修正了金属体积分数理论,对两种层板的拉伸性能进行验证.通过对两种层板裂纹扩展速率及裂纹扩展形貌的研究,得到两种层板的裂纹扩展速率方程, 并对玻璃纤维-铝合金层板的裂纹扩展机理进行分析.     

航空用玻璃纤维铝合金层板成形技术研究进展

玻璃纤维铝合金层板(GLARE)具有优良损伤容限、抗冲击和疲劳性能,越来越受到航天航空和轨道交通领域的关注。由于玻璃纤维铝合金层板的自身成形能力有限,如何高效精密成形复杂玻璃纤维铝合金层板零件是GLARE层板研究领域的研究热点之一,也是进一步推广该材料应用的关键。本文对GLARE层板自成形、滚弯、拉形、喷丸成形、液压成形等成形方法的研究进展及相应的优缺点进行了归纳分析,并对玻璃纤维铝合金层板成形方法的发展趋势进行了展望,为玻璃纤维铝合金层板成形技术的进一步研究提供理论指导和参考信息。     

变幅载荷下纤维金属层板的疲劳与寿命预测

文章建立了纤维金属层板等幅疲劳载荷下的疲劳裂纹扩展速率与寿命预测模型。在此基础上对玻璃纤维-铝合金层板（GLARE）的疲劳裂纹扩展与分层扩展行为进行了试验研究,探讨了层板过载疲劳行为的机理,提出了纤维金属层板变幅载荷下疲劳寿命预测的等效裂纹闭合模型,并在GLARE层板上得到了验证。     

拉压加载下纤维增强铝合金层板疲劳裂纹扩展的压载荷效应与预测模型

基于增量塑性损伤理论与纤维增强金属层板疲劳裂纹扩展唯象方法, 推导出在拉-压循环加载下, 纤维增强金属层板疲劳裂纹扩展速率预测模型。并通过玻璃纤维增强铝合金层板在应力比R=-1,-2的疲劳裂纹扩展实验对预测模型进行验证。结果表明, 纤维增强铝合金层板疲劳裂纹扩展的压载荷效应分为两种情况: 在有效循环应力比R_C>0时, 表现为压载荷对铝合金层所承受残余拉应力的抵消作用; 当R_C<0时, 表现为压载荷抵消残余拉应力后, 对纤维增强铝合金层板金属层的塑性损伤, 对疲劳裂纹扩展存在促进作用。纤维铝合金层板疲劳裂纹扩展的压载荷效应不可忽略, 本文中得出的在拉-压循环加载下疲劳裂纹扩展速率预测模型与实验结果符合较好。     

纤维/金属层状复合材料的研究及应用进展

玻璃纤维增强铝合金复合材料(GLARE层板),是由铝合金薄板(金属层厚度为0.3～0.5mm)与玻璃纤维/树脂预浸料(纤维层厚度为0.2～0.3 mm)多层交替铺放,在120～175℃范围内热压罐成形制造的先进航空材料。GLARE层板由金属与纤维层构成并将其各自的优点结合起来,因而具有极高的疲劳强度(较2024铝增加3倍以上)和损伤容限(较2024铝增加1～2倍),以及较大的减重潜力(较2024铝减重15%～30%),在新一代航空、航天等高技术领域的广阔应用前景,成为了大型航空制造业的关注热点。首先阐述了GLARE层板的研究历史,然后从GLARE层板的制造加工、拉伸性能、冲击性能、抗疲劳性能、环境耐受性能及回收利用6个方面,详细论述了GLARE层板的研究进展及应用。最后,总结了GLARE层板技术,并对其发展趋势进行了展望。     

变厚度复合材料热压罐工艺层板厚度控制的实验研究

针对2种碳纤维织物/环氧预浸料,采用热压罐工艺在不同条件下制备了变厚度层板,并通过层板内部形貌、层板厚度、纤维含量、吸胶量、织物渗透率的测试分析,研究了变厚度层板的密实过程和纤维分布的影响因素。结果表明：密实过程中树脂的二维流动导致2种织物变厚度层板厚板区的纤维含量高于薄板区;G0827单向织物的面内渗透率与厚度方向渗透率比值大于G0803缎纹织物,造成G0827织物变厚度层板的纤维分布不均匀性更大;无吸胶材料的条件下层板内纤维分布均匀,说明吸胶材料内树脂的面内流动对层板的纤维分布有很大影响。     

GLARE层板挤压渐进损伤分析

对GLARE36/5层板进行挤压性能试验研究,采用超声C扫描、断口微距拍摄和扫描电子显微镜等方法观测GLARE层板挤压渐进损伤过程和最终破坏模式。结果表明:GLARE层板挤压起始损伤为铝合金塑性变形;损伤扩展阶段,0°纤维主要承受挤压正应力,铝合金塑性变形增大,铺层间分层起始并扩展;0°纤维屈曲折断后层内纤维基体损伤和分层损伤急剧扩展,层板最终发生挤压破坏。将GLARE层板挤压失效分为层内失效和层间失效,采用应变描述的Hashin准则和界面单元方法并引入金属塑性建立GLARE层板挤压渐进损伤数值模型,数值模型对层板损伤起始位置、分层产生位置、损伤演化过程、最终破坏模式及破坏载荷进行了预测,计算结果与试验结果吻合较好,说明该计算方法能够有效模拟GLARE层板挤压渐进损伤性能。      

预应力法调整纤维-铝合金胶接层板的残余应力

本文采用预应力法调整了纤维-铝合金胶接层板的残余应力;分析了层板的预应力、层间残余应力和温度之间的关系并给出了表达式;用应变片法测量了层板中铝层的残余应力;讨论了预应力与层板主要力学性能的关系.     

ARALL层板缺口敏感性的研究

本文通过测试三种不同性质胶粘剂、不同胶粘剂含量以及施加不同预应力的ＡＲＡＬＬ层板的缺口拉伸性能（含中央圆缺孔及中央锯切穿透裂纹），分析了胶粘剂性质、胶粘剂含量及残余应力与ＡＲＡＬＬ层板缺口敏感性的关系，并且研究了两种缺口的层板拉伸后的分层状态受以上三种因素影响的变化规律。     

表面增韧层对层板、夹芯板撞击行为的影响

本文对层板和夹芯板受硬物低速撞击的撞击力进行了计算和测量.本研究的目的是比较层板和夹芯板的耐撞击行为并确定表面增韧层对其低能量撞击行为的影响.     

带有子铺层的对称,非均衡复合材料层压板制造

通过某机型蜂窝夹层结构复合材料方向航空蒙皮的制造，分析了带子铺层的对称，非均衡复合材料层压板的结构特点，并给出了保证这种特殊层板的纤维体积含量及设计要求的方法。     

Experimental evaluation of blanking and piercing of PVC based composite and hybrid laminates

Blanking is one of the high speed processes to produce flat products from sheets economically. In order to expand this process to new materials, the blanking of polyvinyl chloride (PVC)/fiberglass thermoplastic composite laminates and composite/aluminum hybrid laminates was investigated. The laminates were produced by the film stacking procedure and then blanked by circular die and punches. The blanking process was done in two levels of clearance including 4% and 8% of the laminates thickness, two levels of punch speed including 40 mm/min and 200 mm/min and at two levels of temperature (room temperature and 80℃) for both composite and hybrid laminates. The effects of the parameters on the maximum blanking force, cutting energy, and quality and precision of sheared edges were studied. Cutting mechanism for blanking in different conditions was explained. It was concluded that at room temperature, blanked composite and hybrid laminates had a high quality of sheared edges but at elevated temperature, although the maximum blanking force was reduced, the quality of sheared edge was reduced significantly.     

带有内部损伤层的单向板的脱层特性

本文研究了914C/TS-5石墨/环氧单向板在应力控制拉-拉疲劳加载下的脱层特性。实验表明,层板刚度随脱层的增长和疲劳循环而呈线性下降。用分析方法估计了与脱层有关的应变能释放率和应力强度因子。应力对脱层增长速率的影响,可用指数律描述。     

层间弱粘贴复合材料层板的热弹性脱层

本文建立了一个层间弱粘贴复合材料层板热弹性脱层模型。该模型建立在两个描述层间弱粘贴的基本假设基础上。层间位移不连续由层间粘贴的物理关系来描述，表现为层间位移跳跃值与层间残余横向应力的关系；层间温度不连续由层间传热薄层来描述，并据此给出一个计算层间温度跳跃值的计算公式，表现为温度跳跃值与层间横向张开量之间的关系。在此假设基础上，根据平衡方程和静态传热方程导出了正交柱面弯曲层板热弹性脱层解。算例显示了层间弱粘贴对层板热弹性响应的影响。     

The vibration damping of laminated plates

A method previously developed for determination of elastic and damping parameters of orthotropic plates (McIntyre, M. E. and Woodhouse, J., Acta Metall., 1988, 36, 1397–1416) was applied to laminated composite plates. The necessary theory is summarised, and the predictions of laminate theory compared with experimental results for three CFRP laminated plates with different constructions. It is also shown that laminate theory can be inverted, to obtain the ply properties from measurements on the laminated plate. This can sometimes afford a good way to obtain the necessary calibration data on the material properties of the plies.     

表面增韧层对层板,夹芯板撞击行为的影响

本文对层板和夹芯板受硬物低速撞击的撞击力进行了计算和测量。本研究的目的是比较层板和夹芯板的耐撞击行为并确定表面增韧层对其低能量撞击行为的影响。     

层合板强度分析的双增量法

本文提出了一种关于复合材料层合板强度分析的新方法——双增量法,并给出了双增量法的计算公式和编程方法。算例表明:双增量法不仅比单增量法具有更明确的物理意义,而且其计算结果更接近实测值。