层合板斜面形胶接挖补修理力学性能试验研究

对斜面形胶接挖补修理后层合板的拉伸性能和弯曲性能进行了试验研究,分析了挖补斜度、铺层角度对修理后层合板拉伸和弯曲强度及破坏形貌的影响,修理后试件强度与完好试件进行对比,了解影响因素的作用及挖补修理的恢复效率。试验结果表明:[0/90]_(4S)铺层试件拉伸强度恢复率为16.63%～50.75%,弯曲强度恢复率为39.50%～62.58%;[±45]_(4S)铺层的试件拉伸强度恢复率为45.55%～69.89%,弯曲强度恢复率为77.45%～109.88%。不同铺层角度和挖补斜度的试件表现出不同的破坏形貌,各类型试件主要的失效模式为胶层失效和纤维撕裂,挖补斜度较小时,表现为胶层失效;挖补斜度较大时,并伴随有纤维撕裂;随着挖补斜度的增大,撕裂现象愈加严重,撕裂方向主要沿着原试件铺层方向。试验结果可为实际挖补修理工艺优化提供依据和指导。     

炭纤维层合板和铝合金板阶梯形胶接接头拉伸失效实验

对炭纤维层合板和铝合金板阶梯形胶接接头的拉伸失效损伤进行了实验研究,分析了搭接长度、粘接体厚度、胶层缺陷、层合板铺层方式对失效载荷、接头强度和失效模式的影响。实验结果表明,失效载荷随着搭接长度的增加而增大,接头强度随着搭接长度的增加而减小;粘接体厚度增大2倍时,接头强度与粘接体厚度并不成正比关系。在胶层内设置微小缺陷对接头强度影响较小,随着搭接长度的增加,影响变得越来越小;增加层合板单向纤维的铺层数,可提高接头的失效载荷和接头强度;各类型试件主要的失效模式为分层失效,有时并伴随有胶层失效和纤维撕裂现象。     

缝合连接三维编织复合材料弯曲破坏形式分析

试验设计了相同搭接长度、不同缝合密度的几组缝合连接三维编织复合材料试件。研究了三维编织预制件的连接形式(缝合搭接连接和未缝合搭接连接)对三维编织复合材料弯曲性能的影响,并与三维整体编织复合材料的弯曲性能进行了对比。试验结果表明,与未缝合搭接试件相比,缝合连接试件的弯曲强度提高了20%~50%,弯曲模量提高了5%~15%。说明在预制件连接上,缝合工艺具有明显的优势。缝合连接试件与三维整体编织试件相比,弯曲强度下降了30%~50%,弯曲模量下降了10%~30%。同时,讨论了这些试件弯曲的破坏形式。     

碳纳米管增强层合板胶接接头力学性能

为了增强碳纤维复合材料层合板单搭接胶接接头的力学性能,试验研究了将CNTs分散到胶粘剂中对提升胶接接头力学性能的影响。试验过程中设置了CNTs的4种不同的质量分数,分别为0%、1.5%、2.0%、2.5%,之后对不同质量分数的CNTs胶粘剂的胶接接头进行单向拉伸试验和三点弯曲试验。试验结果表明,对于受到单向拉伸载荷的试件,当CNTs的质量分数为2.0%时,接头的失效载荷最大,与CNTs的质量分数为0%时相比,接头的失效载荷提升了84.74%;对于受到三点弯曲载荷的试件,当CNTs的质量分数为2.0%时,接头的失效载荷最大,与CNTs的质量分数为0%时相比,接头的失效载荷提升了55.86%。由此表明,胶粘剂中加入碳纳米管(CNTs),不仅可提升胶粘剂的拉剪强度,而且增强了胶粘剂与接头表面的粘接性。     

缝合连接三维编织复合材料弯曲性能试验研究

研究了缝合密度、搭接长度和编织角对缝合连接三维编织复合材料弯曲性能的影响.实验结果表明,搭接长度和缝合密度对弯曲性能影响较大,不同缝合密度试件的弯曲强度均与搭接长度成正比;搭接长度25、40、55 mm试件的弯曲强度随缝合密度的增加而增大,但编织角35°、搭接长度70 mm试件的弯曲强度随缝合密度的增加而减小,编织角20°、搭接长度70 mm试件的弯曲强度随缝合密度的增大呈现先增大后减小的规律;编织角对搭接长度70 mm试件的弯曲性能影响显著,对于中密度和高密度缝合试件,编织角20°的试件弯曲强度大于编织角35°的试件,而在低密度缝合试件中表现出相反的规律.     

石墨／环氧宇航结构的连接技术

文中介绍了石墨／环氧宇航结构的３种连接方法：（１）只胶接，不用紧固件；（２）胶接与紧固件并用；（３）只有紧固件、不胶接。测定了原始试件及热交变后试件的拉伸强度和则度。胶接与紧因件相结合的方法获得了最高的连接强度。     

内嵌缺陷对自动铺丝正交层合板构件拉伸性能的影响

针对自动铺丝技术在铺放复合材料正交层合板构件时产生的内嵌缺陷,分别按照[(90°/0°)5/90°]和[(0°/90°)5/0°]的顺序,利用2丝束自动铺放机器人铺放含有6种间距的空隙和重叠缺陷的层合板试件,缺陷分别位于0°和90°纤维层内。通过对24种缺陷规格的试件与完好试件进行拉伸试验对比研究,结果表明,0°纤维方向上,空隙间距12.7mm时的拉伸强度与完好试件的比值(拉伸强度比)达到40.1%,拉伸性能最高;重叠缺陷试件的拉伸性能普遍高于空隙试件,重叠间距为0时的拉伸强度比达到最大值48.0%;90°纤维方向上,空隙缺陷对试件拉伸强度的影响并不显著;重叠缺陷试件的拉伸强度则随着缺陷间距的增加呈现先减后增的趋势,间距6.35 mm时的拉伸强度比为最低80.3%,间距1.5、12.7 mm时的拉伸强度比分别达到101.6%和103.4%。     

复合材料层合板的低能冲击损伤及剩余拉伸强度研究

针对复合材料层合板的冲击及冲击后的拉伸过程提出了一种全程分析方法。该方法应用三维逐渐累积损伤理论对层合板的冲击及冲击后含损伤层合板在拉伸载荷下损伤破坏的全过程进行分析,分析中没有对冲击后层合板的损伤状态做人为假设,而是把冲击后层合板的实际损伤状态直接用于剩余拉伸强度研究,从而不仅提高了最终失效载荷的预测精度,而且避免了为获得冲击后损伤状态参数所进行的大量试验,同时开发了模拟程序,该程序可以预测任意铺层角度、铺层厚度的层合板在冲击载荷及冲击后拉伸载荷下的逐渐损伤破坏过程和最终失效载荷。通过与已有文献结果进行比较,验证了方法及程序的正确性。     

石墨/环氧宇航结构的连接技术

文中介绍了石墨/环氧宇航结构的3种连接方法:(1)只胶接,不用紧固件;(2)胶接与紧固件并用;(3)只有紧固件,不胶接。测定了原始试件及热交变后试件的拉仲强度和刚度。胶接与用紧固件相结合的方法获得了最高的连接强度。     

碳纤维复合材料胶接工艺研究

对碳纤维增强树脂基复合材料之间的胶接工艺进行了试验研究。主要研究了复合材料胶接工艺中的前处理工艺、表层纤维铺层方向、胶层厚度和固化工艺等因素对胶接强度的影响，成功地应用于碳纤维复合材料天线面胶接。     

基于层合板基本性能数据的复合材料层合结构的强度校核方法

通过对[0/45]_8,[0/9]_8两种铺层的玻璃/环氧管状试样做双向载荷强度实验,发现基于层合板基本强度数据的Tsai—Wu准则失效包络线比基于单向板基本性能数据的失效包络线与实验结果的吻合要好得多。特别是按两个单轴强度比值做双轴强度实验确定相互作用系数,其强度曲线比选取相互作用系数F_(xy)~(?)=-1/2的方法与实验结果更为吻合。     

复合材料径向和轴向螺栓连接失效预测方法及失效模式分析

大型火箭舱段间的复合材料端框连接主要由径向螺栓连接和轴向螺栓连接组成，设计了不同铺层和几何尺寸的连接试验件，并通过试验获得了失效载荷和失效形式。然后，选择了3种渐进损伤方法进行了连接结构的失效预测，并将预测结果与试验结果进行比较，结果表明：采用基于细观力学的复合材料渐进损伤方法，15组径向连接试验件失效载荷计算误差最大为17.3％；4组轴向连接失效载荷计算误差最大7.4％；预测的失效形式与试验结果接近，为连接结构确定了合适的失效预测方法。采用数值分析结果揭示了复合材料单向层的主要失效模式。为复合材料端框连接的设计研究提供了可用的失效预测方法及详细的失效模式分析结果。     

损伤形式对三维编织复合材料细观结构和弯曲性能的影响

通过分析损伤前后三维编织复合材料细观结构的变化,建立了剩余纱线长度的计算公式.对损伤前后三维编织复合材料试件进行了三点弯曲实验,分析了材料弯曲强度和弯曲弹性模量的变化规律和失效形式.主要讨论了2种编织角和4种损伤方案,包括沿宽度方向单边切割、沿宽度方向双边切割、沿厚度方向单边切割、沿宽度和厚度方向同时切割.实验结果表明,损伤前后的弯曲性能均随编织角的增大而减小;沿宽度方向切割对弯曲性能影响不明显,沿厚度方向切割对弯曲强度和模量影响较大,沿厚度和宽度同时切割的试件力学性能下降最大,接近60%.切割面受拉试件比切割面受压试件的弯曲性能降幅稍有增大.     

基于三维有限元模型的弹翼胶接结构胶层应力分析

目前对复合材料胶接修理结构中胶层的模拟多采用二维平面单元,不能有效模拟胶层在外载荷作用下的真实应力状态。考虑某飞行器弹翼修理时形成的复合材料双面胶接结构承受载荷后处于三维应力状态的情况,建立了该修理结构的三维有限元模型,计算出单向拉伸条件下胶层的剪应力,并与Hart-Smith解析解进行对比。分析结果表明三维有限元模型正确、合理。利用所建立的模型分析胶层的剪应力和剥离应力的分布特点,得出胶层破坏的失效顺序,为胶接修理结构的承载能力分析以及结构改进提供参考依据。     

斜胶接CFRP的冲击损伤容限研究

首先,提出了复合材料胶接修补结构与胶接装配结构的冲击损伤容限问题,指出该类结构冲击后拉伸承载能力需要关注。然后,选用基于中心差分法的显式有限元和基于D-B模型的内聚力单元法,以二次名义应力准则为胶层损伤起始准则,并采用混合型幂准则形式的能量释放率准则作为胶层破坏准则。对无损斜胶接CFRP的拉伸基准进行了确定,指出破坏位置、破坏形式和破坏载荷。另外,选取5个典型位置进行损伤容限敏感性的位置研究。在敏感性最高的位置,用不同能量级别的冲击进行胶层损伤分析,并将冲击损伤引入拉伸模型,进行冲击后剩余承载能力规律研究。     

石英陶瓷与碳纤维增强复合材料间胶接增强的优化工艺

为提高硅橡胶胶黏剂胶接石英陶瓷和碳纤维增强复合材料的强度和耐温性能,研究了胶接面湿热状态、打磨程度、胶层厚度、操作等待时间等工艺参数对胶接强度的影响。在试片正常烘干、打磨的情况下,当胶层厚度为0.4 mm、操作等待时间小于0.5 h时,胶接效果最优,其压缩剪切强度达到了3.06 MPa。探索了底涂剂处理对胶接强度和耐温性能的影响。在温度不高于100℃时,底涂剂A的效果较好。经底涂剂A处理后,胶接试片常温下的强度提高了13.7%,达到3.48 MPa;100℃时的强度提升率达到37.7%。在更高温度下,底涂剂B的效果更为显著。经底涂剂B处理后,胶接试片常温下的强度提升了10.1%,达到3.37 MPa;300℃时的强度提升了44.0%,达到1.57 MPa;200℃时的强度提升率最高,为49.0%。测试结果为高温条件下石英陶瓷胶接结构的胶接工艺优化及其应用提供了参考。     

螺栓连接的复合材料层板在弯曲载荷下的破坏形式与承载能力

对螺栓连接的复合材料层板在弯曲载荷作用下的接头区破坏形式及其对整体破坏和承载能力的影响进行了试验研究,对不同材料、不同铺层、不同厚度及接头区几何参数对破坏形式和承载能力的影响进行了研究,发现了特有破坏形式——端边分层和主要的影响因素。     

复合材料易碎盖薄弱区结构的参数化设计

针对复合材料易碎盖薄弱区结构进行力学性能分析,提出了薄弱区结构参数化设计方法。对发射箱盖整体进行数值模拟,确定了薄弱区局部模型分析的边界条件和载荷。计算薄弱区结构模型在11种拉弯耦合载荷作用下的承载能力,绘制强度包络线,分析了薄弱区内外侧搭接布条的长度与厚度对其性能的影响。根据最大主应力强度准则,计算得到薄弱区结构在不同拉弯比例下的强度随结构参数变化的曲线,进而对薄弱区结构进行参数化设计。根据参数化设计方法,设计了2种易碎盖进行冲破实验。结果表明,搭接长度主要影响薄弱区结构的剪切强度,而搭接厚度主要影响薄弱区结构的拉伸强度;设计结果与实验结果差距在10%左右,验证了设计方法的可行性。     

剪切载荷作用下碳/环复合材料层压板的损伤扩展特性

本文对含中心穿透裂纹的碳/环复合材料层压板在剪切载荷作用下的损伤扩展规律进行了研究。通过对以[±45/O_6]_s、[(±45)_3/O_2]_s、[O/±45/O]_s和[90/±45/90]_s四种层压板为主的多种层压板进行试验研究和理论计算,对工程上常用的以O°、±45°、90°三种铺层构成的各种π/4层压板在含裂纹时的板内应力分布、裂纹扩展方向、断裂机理和含裂纹时的极限强度(剩余强度)进行了分析。试件由T300/648E制成。研究表明,铺层组分比例的不同对裂纹的扩展方向和含裂纹层压板的极限强度有较大的影响。本文在探讨损伤扩展规律的基础上,也为工程应用提供了有意义的结果。     

L型复合材料机械连接接头承载能力与失效行为研究

L型复合材料连接结构已应用于运载火箭结构的端框设计,但目前对于该结构的承载能力和破坏模式缺乏研究。将典型的L型连接端框简化为无弧度的平直L型接头片段,通过单向对拉试验,对6 mm和8 mm两种厚度L型机械连接接头的承载能力和破坏模式进行了研究。由承载能力试验结果表明:L型接头在拉力作用下呈现出明显的A、B、C三个阶段,其中A阶段的拉力最大值可作为该类接头结构的极限承载能力。采用有限元方法分析接头的破坏模式,仿真与试验结果的误差为2.5%,取得了较好的一致性。由数值分析表明:拉力作用下L型接头的承载能力主要取决于螺栓压紧区附近和直角拐角区域的层间强度和基体强度;在原铺层信息基础上增加0°层数和降低90°层数,对接头承载能力提升效果不明显。研究结果可为L型复合材料连接结构的设计提供参考。