复合材料胶接修补结构的热应力分析

针对复合材料补片胶接修补损伤金属结构中存在的残余热应力，本文充分考虑了周期结构对胶接修补区域的约束作用，系统地分析了胶接修补结构中残余应力大小以及残余热应力对结构静强度和疲劳寿命的影响，所得结果将为实际结构的胶接修补提供依据。     

相对冲击位置和补片层数对胶接修理CFRP复合材料层合板抗冲击性能的影响

本文针对碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料修补结构,基于连续损伤力学和粘结单元模型,在ABAQUS软件中对低速冲击载荷下不同冲击位置和补片层数的CFRP复合材料层合板内部和层间损伤进行了数值分析,并与试验结果进行了对比。选择相对冲击位置为0 mm、10 mm、20 mm、30 mm和40 mm时对应的五种修补结构,通过数值计算和试验,获得了修补结构在低速冲击过程中的冲击力、冲击能量等数据。在保持补片单层厚度不变的前提下,使补片层数从1层增加到5层,计算获得了修补结构的低速冲击响应。研究结果表明:冲头接触修补结构时会对补片造成较大的损伤,补片可以提高含孔损伤母板的抗冲击性能;冲击点离修补结构损伤孔越近,结构受冲击所产生的分层损伤越严重;增加补片的层数可以提高修补结构的抗冲击性能;通过对补片层数进行优化,得到优化层数为2,其对应的修补结构与无修补结构相比分层损伤面积减少了19.9%,较好地提升了母板的抗冲击性能。      

复合材料胶接修复受损结构力学建模研究进展

复合材料胶接修复结构是一个包含损伤母板、聚合物胶粘剂层及复合材料补片的多层复杂体系,其力学模型主要有2种,即解析模型与数值模型.详细阐述了2种力学模型研究的发展过程及现状,介绍了国内外对该项研究的主要内容,并展望了其发展趋势.     

复合材料胶接修补飞机金属结构技术的研究进展及关键技术

在修补含裂纹损伤的飞机金属结构和老龄化飞机延寿方面,复合材料胶接修补飞机金属结构是一门实用有效的技术.主要介绍了该技术的操作流程和关键技术,以及国内外该领域内近10年来在理论和实验方面的研究动态.     

复合材料胶接修补件力学性能的实验研究与数值模拟

进行复合材料修补的铝合金板的静强度实验,测定载荷-位移曲线,分析破坏机理,并讨论了胶层材料性能、复合材料补片性能与厚度等因素对修补件静强度的影响;建立了修补件的三维有限元模型,模拟修补件的载荷-位移曲线和应力分布,验证了模型的有效性;根据应力分布计算结果和失效准则,预测初始损伤及裂纹产生的位置,并估算破坏强度,预测结果...     

飞机用复合材料斜胶接修补结构的冲击损伤

高传力效率的斜面式胶接在飞机复合材料传力接头和修补中被广泛使用,但该结构的低速冲击损伤阻抗和损伤容限未在飞机结构设计中考虑。本文研究了低速冲击下的较厚的复合材料斜胶接板的力学性能及损伤失效。在胶接区域布置不同冲击点,寻找最敏感位置,在该位置进行冲击能量变化研究,通过冲击响应（冲击载荷、挠度、能量等）及冲击损伤两个方面获取其规律和失效机制。小能量和大能量冲击结果表明,胶接区域5个典型冲击位置中,中心位置冲击损伤最大,冲击敏感性最高,因此中心点为冲击损伤阻抗最小位置。中心点不同能量冲击时,冲击响应研究揭示了冲击过程中冲击载荷具有典型的4阶段行为。冲击载荷还具有双峰值力的现象。冲击后沿试样中心线切开的显微损伤图揭示了该结构有两种损伤模式,包括复合材料损伤及胶层损伤。复合材料的损伤包含90°和45°层基体的开裂和0°与90°层之间的层间损伤。胶层损伤出现在试样冲击点正下方背部的复合材料斜接尖端部位。进一步通过考虑复合材料层内、层间损伤及胶层损伤的渐进损伤模型对试验进行仿真研究,找出导致第Ⅱ阶段冲击载荷突降的主要原因为复合材料层间损伤,第Ⅳ阶段冲击载荷再一次突降是由于胶层出现了损伤。     

拉伸速率对钢板胶接接头力学性能的影响

本文对两种钢板单搭胶接接头在不同的拉伸速率下(准静态、10m/s、20m/s)实验研究了不同拉伸速率对两种钢板接头力学性能的影响。结果表明钢板胶接接头在高速拉伸(10m/s、20m/s)时的强度相对于准静态(13mm/min)有明显提高,并且随着拉伸速率的增加而增大。这是由于在高速拉伸时接头及胶层高速形变,应变率大大增大,胶层粘性因素所产生的应力大大增加,使得接头强度提升。失效模式也随着发生改变,呈现出脆性断裂模式。被粘物材料性能的不同也会对接头强度产生影响,且这种影响随着拉伸速率的增加逐渐减小。     

金属裂纹板复合材料单面胶接修补结构应力分析

考虑金属裂纹板复合材料单面胶接修补结构的几何非线性和边界条件,建立了考虑弯曲变形单面修补结构力学分析模型,计算出承受面内载荷时修补结构的弯矩和挠度,将补片自由端和金属板裂纹处的弯矩作为胶层应力控制微分方程的边界条件,推导出剪应力和剥离应力的解析解,及裂纹张开位移的表达式,并与有限元数值结果进行对比。分析结果表明,胶接修补结构应力分析理论模型和相关简化假设合理、正确。利用所建立的解析模型研究了金属裂纹复合材料单面胶接修补结构的应力分布特点及胶层主导破坏模式的失效机制,为胶接修补结构的承载能力分析以及结构改进设计提供了一定的理论依据。     

缺陷对单搭胶接接头力学性能的影响

通过单向拉伸试验对比分析了两种接头的破坏模式及载荷-位移曲线, 研究了T700/TDE85复合材料单向层合板单搭接胶层内缺陷对接头破坏行为的影响。试验结果表明, 接头破坏的主导模式为界面破坏, 胶层中微小缺陷对接头强度的影响不大。为研究接头的失效机制, 采用有限元方法对两种接头失效进行数值分析, 模拟了接头搭接区界面剥离应力及剪切应力分布情况, 并分析了缺陷位置变化及面积变化对接头强度的影响。结果表明, 随着缺陷位置距接头搭接区自由端部越近, 接头强度越小, 且缺陷位置距接头搭接区自由端部2.5 mm以内, 缺陷对接头强度影响较大; 接头强度随缺陷面积的增大而减小, 并且缺陷面积占搭接区面积的比率在4.4%以内, 缺陷对接头强度的影响较小; 数值计算结果与实验结果吻合较好。     

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。      

Damage Mechanisms in Composite/Composite Bonded Joints Under Static Tensile Loading

This paper presents an experimental study of the initiation and development of damage in composite/composite joints. The materials studied are glass fibre reinforced polyester laminates and these are bonded together using an epoxy adhesive. Two types of joint interface are examined, assemblies between woven roving layers and between mat layers. The experimental techniques employed are dye impregnation, extensometry, visual observation and photoelasticimetry. It is shown that the nature of the surface layer does not influence the damage initiation load but does affect subsequent crack propagation. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

加载速率对FRP粘接修理铝板结构力学性能的影响

通过FRP修复金属结构在不同加载速率下的拉伸试验,研究了树脂组成和纤维布种类对加载速率效应的影响,分析了修复结构的破坏模式、载荷-位移关系、抗拉强度、弹性模量和断裂延伸率随加载速率的变化关系。同时,从树脂和复合材料的角度对不同加载速率下修复结构力学性能的变化进行了初步探讨。结果表明:低加载速率下,修复结构的抗拉强度和断裂延伸率随加载速率增加而增大,修复结构更多地表现出韧性材料的特点;当加载速率较大时,修复结构的抗拉强度和断裂延伸率变化不大且有所下降,加载速率效用也逐渐减弱。同时,修复结构的非线性区域逐渐向高载荷、低应变区域移动,表现出较为刚性的特点,弹性模量则始终变化不大。     

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。     

基于纳米压痕法的民机复合材料胶接维修界面微区力学性能研究

胶接维修是民机碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)结构的重要维修方式,而胶接界面微观结构及微区力学性能几乎决定了胶接维修效果及耐久性。以共固化胶接维修试样为基础,以维修试样的界面微区为研究对象,采用扫描电镜(SEM)对界面微区形貌进行分析;采用纳米压痕仪对界面微区的微观力学性能进行测试,主要表征界面微区不同位置的微观硬度、模量及加载-卸载曲线。研究结果表明,胶接维修界面存在过渡区域,其宽度约为2μm;维修母体与补片中纤维的微观力学性能并无太大差异;但由于固化成型工艺不同(母体为热压罐工艺,补片及胶膜为真空袋工艺),母体树脂的硬度与弹性模量略高于补片树脂。     

热模压工艺参数对聚乳酸/竹纤维复合材料拉伸强度的影响

采用四元二次通用旋转组合设计试验方法,研究了聚乳酸与竹纤维混合比例(PLA/BF)、竹纤维粒径、热模压温度、热模压时间等4个因素对聚乳酸/竹纤维复合材料拉伸强度(TS)的影响,并采用差示扫描量热仪(DSC)对复合材料进行了热力学表征。结果表明,PLA/BF、热模压温度、热模压时间对复合材料的拉伸强度影响显著,热模压温度与热模压时间存在显著的交互效应。DSC分析显示,PLA/BF、竹纤维粒径、热模压温度/时间工艺参数影响材料中PLA的结晶度(Xm)。本试验条件下的聚乳酸/竹纤维复合材料热模压优化工艺参数为:PLA/BF为90/10,竹纤维过100目标准筛,热压温度160℃,热压时间25min,理论最大TS为66.40MPa。     

Numerical analysis of the stress intensity factors for repaired cracks from a notch with bonded composite semicircular patch

In this paper, we investigated the crack growth behaviour of cracked thin aluminium plate repaired with bonded composite patch. The finite element method is used to study the performance of the bonded composite reinforcement or repair for reducing the stress concentration at a semicircular lateral notch and repairing cracks emanating from this kind of notch. The effects of the adhesive properties and the patch size on the stress intensity factor variation at the crack tip in mode I were highlighted. The obtained results show that the stress concentration factor at the semicircular notch root and the stress intensity factor of a crack emanating from notch are reduced with the increase of the diameter and the number of the semicircular patch. The maximal reduction of stress intensity factor is about 42% and 54%, respectively, for single and double patch. However, the gain in the patch thickness increases with the increase of the crack length and it decreases when the patch thickness increases. The adhesive properties must be optimised in order to increase the performance of the patch repair or reinforcement.