含半穿透损伤层合板挖补修理后的拉伸性能

对含半穿透损伤层板挖补修理后的拉伸性能进行了试验研究, 结果表明修理试件的拉伸强度和破坏模式随挖补斜度的变化出现显著差异。对修理试件的拉伸性能进行了有限元模拟, 计算得到的极限强度和破坏模式与试验结果吻合良好。数值模型计算结果表明, 挖补斜度是修理试件最重要的设计参数, 其对试件的极限强度、 破坏模式及修理/未修理子层间界面损伤均有显著影响。研究结论可以为含半穿透损伤层板的挖补修理设计提供理论指导。     

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。     

混杂铺层层板穿透挖补修理后拉伸性能

对经穿透挖补修理后的平面编织混杂铺层层板的拉伸性能进行了试验研究, 结果表明初始损伤相同时, 挖补斜度为1∶30的试件的拉伸强度最高, 可以达到完好板强度的97.8%, 并且不同挖补斜度的试件表现出不同的破坏模式。此外挖补斜度相同时增大初始损伤会导致拉伸强度降低。在试验基础上建立渐进损伤有限元模型, 并对修理试件的拉伸强度及破坏过程进行研究, 数值模型得到的极限强度和破坏模式与试验结果吻合良好。     

挖补修理复合材料层合板疲劳性能研究进展

随着纤维增强复合材料结构的应用更加广泛,其结构修理问题日渐凸显。挖补修理在复合材料层合板修理中具有重要地位,而修理后结构的疲劳性能是评价结构修理质量的重要依据,因此对复合材料挖补修理层合板疲劳性能的研究意义重大。文中从模型和试验两方面总结了挖补修理复合材料层合板疲劳性能研究现状,指出了当前挖补修理复合材料层合板疲劳性能研究存在的问题,可为复合材料结构挖补修理研究和工程应用提供参考。     

干法/湿法挖补修理层合板力学性能的对比研究

挖补修理是一种常用的受损复合材料结构修复方法,主要可分为干法(预固化补片)修理和湿法(湿铺贴)修理。通过开展静力拉伸实验,研究了不同损伤尺寸的预固化补片挖补修理和湿铺贴挖补修理层合板的极限强度、破坏模式以及补片脱粘情况,实验结果表明采用预固化补片修理的结构其强度恢复率更高,补片提前脱粘概率更低,修理效果更好。在力学实验的基础上,通过有限元计算准确预测了挖补修理层合板的极限强度、应力应变分布和损伤演化过程,计算结果表明预固化补片修理结构的胶层应力分布更加均匀,应力水平和应力集中程度更低,出现界面失效和胶层内聚失效的载荷也更高。     

单面贴补修理后层合板的拉伸性能

对含孔损伤复合材料层合板单面贴补后进行拉伸试验研究。测量了层合板的应变分布、修理后层合板中心点的离面位移及拉伸强度等, 考察了补片的厚度、大小等因素对修理效果的影响。结果显示, 增加补片的厚度和直径能够提高母板的承拉能力, 但是增加补片的厚度会导致层合板离面位移增大。对无侧边支持的单面贴补层合板进行计算分析时, 必须考虑偏心载荷引起的弯矩的影响。在此基础上, 采用分层损伤判据建立了三维有限元模型, 对单面贴补层合板的破坏机理和拉伸强度进行了计算和分析。结果表明, 修理后层合板的拉伸破坏是由补片或母板内与胶接面相邻的层间分层引起的; 计算结果与试验结果一致。      

复合材料胶接修理层合板拉伸性能及影响参数

胶接修理是效率较高、应用较广的复合材料结构修补技术。对采用不同参数进行挖补和贴补修理的复合材料层合板的拉伸性能进行实验研究。结果表明:挖补修理实验件的强度恢复率约为66%~91%,贴补修理实验件的强度恢复率约为44%~61%。在挖补修理实验件中,减小挖补斜度、采用双面挖补、使用热压罐固化,在贴补修理实验件中,采用双面贴补、增大补片尺寸,均可得到更高的强度恢复率。在实验基础上建立的有限元模型,能够有效预测实验件的失效载荷、破坏模式,并可分析实验件的应力分布和渐进损伤过程,为设计修理方案提供参考。     

剪切载荷作用下复合材料挖补修理层合板试验及有限元分析

为了确定剪切载荷作用下含非穿透损伤复合材料挖补修理层合板的破坏模式和抗剪切能力,进行了复合材料挖补修理层合板的剪切试验,并与未损伤复合材料层合板进行对比。试验结果表明,复合材料挖补修理后的层合板具有较高的强度恢复率,且不影响层合板的后屈曲承载能力。同时,建立了剪切载荷作用下复合材料挖补修理层合板的有限元分析（FEA）模型,复合材料母板和补片采用了三维Hashin准则来判定材料失效,母板层与层之间采用零厚度界面单元以有效模拟剪切载荷作用下复合材料母板上、下子板之间的分层。该模型得到的破坏模式与试验结果基本相符。由于挖补修理的设计与工艺复杂性,理论模拟的破坏载荷与试验结果虽不能完全吻合,但其最大15%左右的差异能够满足修理设计的需要。以上结果说明,该模型对剪切载荷作用下复合材料挖补修理层合板的破坏模式和破坏载荷能够进行工程适用的预测。     

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。     

挖补复合材料层合板的拉伸和压缩性能研究现状EI北大核心CSCD

随着复合材料层合板结构应用的不断扩大,其修理问题也日益凸出。挖补修理在层合板修理中占有举足轻重的地位,而挖补后结构的拉伸和压缩性能恢复是表征修理质量极其重要的指标,因而对挖补复合材料层合板拉伸和压缩性能的研究具有重要意义。文中总结了挖补层合板拉伸和压缩性能的研究现状,对材料、工艺、构型及环境等参数的影响进行了分析,据此给出了挖补修理优选方案,可供复合材料结构挖补修理设计参考。     

含孔玻璃纤维/环氧树脂复合材料-铝合金层板的拉伸损伤行为与热暴露响应

采用试验和数值方法研究了含孔玻璃纤维/环氧树脂(GF/EP)复合材料-铝合金层板在不同热暴露温度下的拉伸剩余强度和损伤失效模式,揭示了层间损伤、纤维损伤及基体损伤的演化过程。结果表明:随着热暴露温度升高,含孔GF/EP复合材料-铝合金层板剩余强度不断下降,拉伸破坏呈现出明显的纤维断裂与层间分层混合失效模式。热暴露温度越高或开孔直径越大,GF/EP复合材料-铝合金层板的层间分层损伤区域越小。随着载荷的增大,沿加载方向的0°纤维和基体的损伤分别呈现出类似“漏斗”形和“花瓣”状的损伤演化形式,而层间损伤区域呈现出一对相对开孔对称的三角形损伤演化形式。基于GF/EP复合材料-铝合金层板的剩余强度和损伤失效模式的数值仿真与试验结果吻合较好。      

Experimental study of the impact behavior of repaired thin laminates with double composite patch

Abstract

The aim of this article is to present a study of the behavior of patch-repaired laminates subjected to low-velocity impacts. A broad range of impact energies was selected. Results for repaired laminates in terms of contact load, damage and absorbed energy were compared to those obtained from intact specimens. At impact energies below 10?J, energy absorption in repaired specimens was higher than the one given in intact laminates, although the measured damage area was found to be greater in the former configuration. For higher impact energies, both damage area and energy absorption in intact specimens were greater than in repaired laminates.     

Failure load prediction of laminates repaired with a scarf-bonded patch using the damage zone method

The damage zone method (DZM) is an efficient way to predict the failure of composite structures with a minimum of real testing. Particularly, it is useful when the failure mechanism is too complicated to be accurately analyzed by a merely numerical method. The aim of this study was to use the damage zone model to predict the failure load of repaired laminates, in which scarf-bonded joints were used for repair. The model uses a test-based critical damage zone and stress-based failure criteria. A total of 45 carbon-epoxy composite (USN) laminate scarf-repaired specimens were first tested with two different defect sizes, four scarf angles, and three overlap layer sizes. The Tsai-Wu and Tsai-Hill criteria were used for the laminate, and the maximum shear stress criterion for the adhesive was adopted to predict failure onset. The predicted failure loads were compared to test results and a good agreement was obtained with a 9.2% maximum deviation for almost all parameters with the exception of a case with an unrealistically large scarf angle. To verify the feasibility of the DZM for different material, additional 30 repair specimens using other unidirectional carbon-epoxy laminate were then also tested and the predictions were confirmed by the results of the experiment.     

双斜接修补复合材料层合板的拉伸行为及影响因素双斜接修补复合材料层合板的拉伸行为及影响因素

基于试验和有限元数值方法对双斜接修补碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料层合板在拉伸载荷作用下的力学行为开展研究。通过试验分析了两种不同厚度的双斜接修补复合材料结构的承载能力和失效形式。结果表明,对于不同厚度的双斜接修补复合材料结构,失效强度接近,主要破坏形式均以胶层内聚破坏为主,伴随局部的90°基体开裂。利用连续介质损伤力学模型和内聚力模型分别对复合材料和胶层失效进行描述,通过数值方法开展双斜接修补结构的强度预测和损伤演化分析。数值结果与试验吻合较好,并且指出复合材料基体开裂起始早于胶层失效。通过有限元模型讨论了附加层、双斜接内部尖端所处位置和修补胶层参数对修补性能的影响。      

层压板双面挖补修理的拉伸性能研究及参数分析

对含穿透型损伤层压板双面挖补胶接修补件的拉伸性能及主要影响参数进行了试验研究。结果表明: 双面挖补后的失效拉伸强度恢复率能够达到80%; 当挖补斜度1∶40、 覆盖层取3层、 且靠近母板的铺层方向与母板的最外层的铺层方向保持一致时, 强度恢复率较大; 使用双面挖补后, 母板厚度、 母板铺层方式对强度恢复率的影响不大。同时应用有限元软件ABAQUS, 采用三维实体单层设置建模方式对双面挖补层压板的拉伸性能进行了数值模拟, 模拟计算结果与试验结果基本相符。      

Tensile strength of UD-composite laminates with multiple holes

The residual strength of glass fibre reinforced vinyl-ester laminates with multiple holes was investigated through an experimental programme. Different types of structured hole patterns and hole densities were investigated and analysed using digital image correlation strain measuring technique. Three different failure modes could be observed when the hole patterns and the hole densities were a altered. These three failure modes were used as the foundation for a simple yet effective analytical model in order to predict the residual strength of damaged composite specimens. Finally, a number of laminates with randomly distributed holes were tested experimentally. The analytical model can predict the failure mode and failure strength of the experiments with sufficiently good fidelity.     

Tensile behavior of glass/epoxy laminates at varying strain rates and temperatures

In the present work tensile tests at different strain rates and temperatures were performed in glass fiber reinforced polymer (GFRP). It is observed that such kind of composite presents an elasto–viscoplastic behavior – the rate dependency only occurs for loading levels above a given elasticity limit. Strain rate strongly affects the ultimate tensile strength (σ_u) and the modulus of elasticity is almost insensitive to it while temperature only influences the modulus. Analytical expressions to predict the modulus of elasticity and (σ_u) as a function of the temperature and strain rate are proposed and compared with experimental data showing a reasonable agreement.