飞机复合材料阶梯式胶接结构的疲劳损伤与寿命

随着复合材料胶接技术在飞机主承力结构上的广泛应用,阶梯式胶接形式由于在实际工程过程中易于实现而成为复合材料结构修理和连接的主要形式。目前文献多集中于研究金属、复合材料以及两种材料混合的单搭接结构的疲劳性能,但对于具有高效载荷传递的阶梯式结构的疲劳耐久性研究较少,其疲劳失效机制尚需厘清。本文对多级阶梯复合材料胶接结构进行了拉伸疲劳试验研究,应力比为0. 1。在疲劳试验过程中观测了宏观裂纹的起始与扩展。根据试验数据拟合的S-N曲线,发现疲劳寿命随应力水平的增加而线性降低。在发现目视可见裂纹后至完全断裂,复合材料胶接结构仍具有10%的剩余寿命,说明当出现目视可见裂纹时,应及时维修或更换部件。从试样受力及破坏形式可知,复合材料胶接结构的剪切破坏是引起疲劳损伤的主要原因。通过阶梯状断口形貌分析,发现了内聚破坏、粘附破坏、基体开裂和分层四种典型破坏形式。