基于材料时变参量的挖补修理胶层内剪应力研究

以AS4/3501-6材料的挖补修理为研究背景，基于材料热、力学参数的时变特性，分别为补片和胶层建立了热-力-化学多物理场耦合的有限元模型，研究了不同挖补角度和胶层厚度对胶层残余剪应力的影响，探索了不同挖补修理设计方案下的修理过程中胶层残余剪应力分布。结果表明：挖补角度、胶层厚度的增大均会加剧胶层残余剪应力集中；减小挖补角度，可有效降低胶层残余剪应力及沿胶层径向平均剪应力梯度；3°挖补角度下胶层径向中点残余剪应力比15°下降低17%，径向平均剪应力梯度降低92%；减小胶层厚度，胶层残余剪应力减小但平均剪应力梯度增大，0.3 mm胶层厚度下胶层径向中点残余剪应力比1.5 mm下降低15%，径向平均剪应力梯度升高30%。经验证三维有限元模型及计算方法正确，为改进修理工艺、提高修复质量提供了依据。     

含裂纹板的复合材料胶贴修补分析

 对以纤维增强复合材料为补钉的含裂纹金属板的胶贴修补采用8结点等参元计算了胶贴修补后裂纹前缘应力强度因子及胶层剪应力分布等,并就补钉位置、刚度比及胶层厚度等因素对止裂效果的影响作了分析研究。通过修补前后裂纹扩展速率对比试验,验证了本文计算方法的正确性。方法及结论为实际结构的复合材料胶贴修补提供了理论依据。     

复合材料补片铺层的仿真计算与优化设计

在复合材料胶接修补中,合理设计复合材料补片铺层以减小胶层剪应力是提高修补可靠性的重要因素,利用ANSYS对铝合金含裂纹板件胶接修补模型进行三维有限元建模与仿真计算,分析了复合材料补片铺层台阶长度和纤维方向对胶层最大剪应力的影响,在此基础上给出了单侧修补和对称修补方式下的补片铺层方向和最优台阶长度参数表。仿真计算结果表明,按照给出的铺层设计参数进行修补后,胶层剪应力在各台阶端头均匀分布,最大剪应力减小为单个台阶补片的15%。     

复合材料胶接搭接接头应力分析方法研究

胶接是复合材料结构主要连接方法之一,对胶接接头进行应力分析是保证复合材料安全性、耐久性的关键。在初步设计阶段,一般采用解析方法对胶接接头进行应力分析及参数研究。针对复合材料双搭接和单搭接胶接接头,在Tsai等人的理论分析方法（TOM方法）基础上,提出了一种改进的搭接接头剪应力分析方法,该方法考虑了被胶接件的剪切变形,认为被胶接件只有在靠近胶层的半个厚度上产生剪切变形,剪应力沿该半厚度呈线性分布。算例分析结果表明：本文方法比现有的分析方法更接近于有限元模拟结果,可用于估算复合材料胶接接头剪应力分布。     

基于剩余疲劳寿命的金属板/复合材料胶接修补分析

采用复合材料补片对含中心裂纹的铝板进行胶接修补,利用ANSYS有限元软件中的INTER204单元来模拟胶层,运用APDL语言参数化建模,分析了复合材料补片的长度、宽度以及厚度对裂纹板剩余疲劳寿命的影响规律。结果表明:增加补片的宽度和厚度可以增加CCT板剩余疲劳寿命,而增加补片的长度却使CCT板剩余疲劳寿命减小。     

"湿热"老化对复合材料胶补金属结构 力学特性的影响

通过玻璃纤维复合材料补片对含穿透双边裂纹的铝合金板进行单面胶接修补,测试修补试件"湿热"(加温浸泡)老化实验前后力学性能,并与未修补试件进行对比,分析老化前后修补结构的破坏模式、失效机理,评估"湿热"老化对修补结构疲劳裂纹扩展寿命和承载能力的影响。结果表明:"湿热"老化降低了复合材料补片削弱疲劳裂纹之间干涉效果的能力,老化试件从裂纹的扩展长度小于未老化试件的;距离补片越近,沿金属板厚度方向疲劳裂纹扩展速率越慢,老化后复合材料补片减缓沿金属板厚度方向疲劳裂纹扩展速率的作用下降;老化严重削弱了修补结构承载能力恢复率和疲劳裂纹扩展寿命,老化试件的承载能力恢复率下降为未老化试件的45%,疲劳裂纹扩展安全寿命下降为未老化试件的63.7%;老化降低了胶层与金属之间的粘合力,造成了复合材料补片的提前脱落,胶层的破坏模式由内聚破坏转变为界面破坏。     

双向受载裂纹板的胶接修补效果分析

运用有限元方法,分析了双向受载裂纹板胶接复合材料补片后,裂纹尖端的应力强度因子、补片内的最大拉伸应力和胶层内的最大剪切应力。没有补片时,平行于裂纹方向的拉压应力对裂纹尖端的应力强度因子没有影响。而裂纹板经复合材料补片胶接修补后,平行于裂纹方向的拉压应力对裂纹尖端的应力强度因子具有耦合效应,并且这种耦合效应的大小与补片的铺层含量有很大的关系。     

冲击载荷下含裂纹板胶接修补的DSIF计算

本文主要研究含裂纹的铝板经补片修补后的动态应力强度因子（ Dymanic Stress Intensity Factor,即 DSIF）的变化。关于补片修补问题的动态分析,目前还极少有人研究。为了弄清大的载荷速率、不同材料的修补形式以及胶层脱胶等因素到底对修补结构的起裂和止裂有多大影响,现着重分析和计算金属铝合金补片和硼 /环氧复合材料补片、不同的载荷速率、不同的修补形式、不同的胶层厚度以及脱胶等因素对动态应力强度因子的影响。 基于裂纹闭合原理,采用“双板—弹簧元”修正模型,根据有关算例进行了分析和比较。数值计算是用有限元方法进行…     

复合材料胶接修补金属裂纹板的应力强度因子研究

主要在ABAQUS中建立了采用硼纤维,环氧复合材料胶接修补Ⅰ型金属裂纹板的三维有限元模型,对单面修补与双面对称修补的修补效果进行了对比,分析了补片厚度对应力强度因子的影响,研究了胶层的剪切模量对应力强度因子的影响.结果表明,在条件允许的情况下要尽可能采用双面对称胶接修补,应合理选择补片的厚度,并在保证修补效果的前提下,...     

复合材料胶粘修复界面的载荷传递仿真优化

胶接修复工艺是飞机结构修理的重要工艺之一,为了研究胶黏工艺对修复效果的影响规律,探索最佳的工艺参数,本文建立胶粘修复的三维模型,利用ANSYS Workbench有限元软件对胶粘修复界面载荷传递进行分析,讨论补片材料、补片厚度、胶层剪切模量和胶层厚度对胶接修复的影响。仿真结果证明补片材料为硼/环氧树脂时,胶粘失效风险最小;补片较厚时,胶接修复效果好,但补片过厚会削弱胶接修复的效果;胶黏剂剪切模量越大越有助于损伤区域的修复,工程应用中建议选用剪切模量较高的胶黏剂;胶层较厚时会增大胶层发生缺陷的概率从而减弱修复效果,建议合理选取厚度较小的胶层。最后提出修复界面的表面处理、复合材料端部的溢胶以及倒角处理均有益于修复结构的载荷传递,缓和胶粘界面应力水平,降低胶层失效的风险。     

金属裂纹板复合材料胶接修补结构裂纹扩展行为研究

为研究金属裂纹板复合材料胶接修补结构的裂纹扩展行为,进行了LY12CZ航空铝合金裂纹板碳/环氧复合材料补片胶接修复结构的疲劳性能测试试验,观察修补结构疲劳失效模式,并测量一定疲劳周次下的铝合金板的裂纹长度.建立了考虑裂纹扩展,界面脱粘两种失效模式相互耦合的三维非线性有限元分析模型,计算出不同裂纹长度对应的疲劳寿命,对修补结构的疲劳性能进行了评估,其数值计算与试验结果吻合较好.     

含裂纹板受集中力作用的精确解

 对具有中心裂纹或半无限长裂纹的无限大板在集中力作用下得到了精确的复变应力函数。对具有半无限长裂纹的无限大板采用的分析方法是柯西积分。将具有中心裂纹的无限大板的问题化成希尔贝特问题进行求解。     

含裂纹半无限大板受集中力作用的应力强度因子

本文釆用交替法求解了含边缘裂纹或内部裂纹或半无限长裂纹的半无限大板在板面内受集中力作用的应力强度因子。此法以平面弹性力学的两个问题为基础,而此两问题的解是已知的。第一个是裂纹表面受任意载荷的无限大板,第二个是半平面在边界上受任意载荷作用。然后交替地满足边界条件。计算结果已绘成曲线。     

Non-Fourier heat conduction analysis of a 2-D plate with inner cracks at arbitrary direction angles

This paper investigates the problem of a 2-D plate containing internal cracks at arbitrary angles to the heating surface under thermal shock. The finite difference method is applied to solve the temperature distribution and a difference scheme of the oblique crack is developed. For the first time, a non-Fourier heat transfer analysis method of a 2-D plate with inner cracks at arbitrary direction angles is established. Specifically, for a strip with an inner crack paralleling to the surface,numer...     

含不等长双裂纹无限大板应力强度因子

采用交替法求解了含任意相对位置不等长双裂纹的无限大极受均布拉应力作用的应力强度因子。此法以平面弹性力学的一个问题为基础,即含单裂纹无限大板,裂纹面受集中载荷,此问题的解已知,然后交替地满足边界条件。各种计算结果已绘成曲线。     

含裂纹板的振动

 本文研究了含裂纹板的振动。在估计出弯矩、扭矩和剪力联合作用下有限尺寸板的应力强度因子之后,提出了一种有限元法。以四边简支方板为例,计算了具有不同长度中心穿透裂纹板的固有频率,与已有文献获得的结果一致。该法的优点是大大地节约了计算时间,为含裂纹结构的振动分析提供了一种新的途径。     

Fatigue crack propagation of new aluminum lithium alloy bonded with titanium alloy strap

A new type of aluminum lithium alloy (Al-Li alloy) Al-Li-S-4 was investigated by test in this paper. Alloy plate of 400 mm · 140 mm · 6 mm with single edge notch was made into samples bonded with Ti-6Al-4V alloy (Ti alloy) strap by FM 94 film adhesive after the surface was treated. Fatigue crack growth of samples was investigated under cyclic loading with stress ratio (R) of 0.1 and load amplitude constant. The results show that Al-Li alloy plate bonded with Ti alloy strap could retard fatigue crack propagation. Retardation effect is related with width and thickness of strap. Flaws have an observable effect on crack propagation direction.     

黏接界面试件拉伸变形破坏过程的数字散斑相关方法分析

对黏接界面试件拉伸变形破坏过程进行了观察,通过编制数字散斑相关方法(DSCM)处理图像,提取得到试件表面随着载荷变化而变化的位移场和应变场及其演化过程.结果表明:带预制脱黏黏接界面试件在拉伸过程中,由于预制脱黏尖端附近产生应变集中将产生起裂.DSCM能较好地应用于黏接界面试件表面的变形和破坏分析中,定量测量了界面变形场,并与试验结果相吻合.     

钢/橡胶胶接结构脱粘缺陷Lamb波检测的模式选择

针对Lamb渡检测胶接结构脱粘缺陷时如何选择恰当的模式这一问题,研究了板内质点振动位移与检测灵敏度之间的关系.以钢板/橡胶胶接结构为例,用不同模式的Lamb波进行了检测试验研究.结果表明,不同模式的波有不同的检测灵敏度,选择在板表面具有较大位移而在板内具有较小位移的Lamb波模式,可以提高胶接结构脱粘缺陷检测灵敏度.