先进复合材料挖补修理技术的研究进展

胶接修理作为修理复合材料损伤的一种主要手段,可分为贴补修理和挖补修理。挖补修理因其修理后强度高,能够保持原有结构气动外形等优点,在飞机结构的修理中被广泛应用。     

复合材料蜂窝夹芯结构修理后强度研究

对复合材料蜂窝夹芯结构受损伤之后的几种典型修理方法及修理材料、修理工艺等内容进行了试验研究。试验件分别模拟伤及单侧面板的非穿透损伤和伤及双侧面板的穿透损伤,分别采用单侧挖补、单侧加衬挖补和双面贴补法进行修理,然后进行面内单向压缩试验。给出了复合材料蜂窝夹芯结构修理前后的刚度和强度变化规律。为了同试验结果进行对比,还采用 NASTRAN软件对典型的非穿透挖补修理件进行了三维有限元应力分析,计算结果与试验结果吻合较好。     

复合材料薄板斜接式挖补修理稳定性优化设计

对复合材料层合板挖补修理模型进行了稳定性优化分析。采用ARSM优化算法研究了挖补修理结构失稳载荷与挖补角、胶层厚度以及补片材料与母板材料匹配对挖补修理后复合材料薄板失稳载荷大小的影响,得到了各母板材料对应的稳定性最优挖补修理模型。结果表明,补片材料各方向上的模量匹配非常重要,硼纤维层合板的6个方向上模量搭配最优,硼纤维层合板补片为各个修理方案中的最佳补片材料。当胶层厚度和挖补角参数增大时,失稳载荷逐渐增大,在挖补角与胶层厚度最佳匹配范围内,失稳载荷很快达到最大。在挖补角与胶层厚度脱离最佳匹配范围内后,失稳载荷迅速减小,进一步说明ARSM优化算法可以高效地完成挖补修理结构的稳定性优化分析。     

树脂基复合材料层压板结构挖补修理技术

主要介绍了树脂基碳纤维复合材料层压板结构挖补修理的缺陷、损伤和修理容限,挖补修理设计,修理材料选择原则,修理过程以及修理后的检测。从理论上分析了树脂基碳纤维复合材料层压板结构修理的可行性和必要性。     

复合材料层合板斜接式挖补修理稳定性分析

对复合材料层合板挖补修理模型进行了参数化的有限元计算,分析了挖补修理结构失稳载荷与
挖补角、胶层厚度以及铺层方式之间的关系,得到了最优挖补修理模型。结果表明,异种材料补片会显著提高
挖补修理结构的稳定性,在一定范围内,减小胶层也会改善挖补修理结构的稳定性。当胶层厚度在0. 15 ~
0． 25 mm 变化时,随着胶层厚度减小,挖补修理结构的稳定性增强;当铺层方式为[03 / ±45/ ±45/ 90]s 时,挖补
修理结构稳定性最强。     

基于k样本Anderson-Darling检验的混杂铺层层合板挖补修理后拉伸性能研究

对挖补修理后的平面编织混杂铺层层合板的拉伸性能进行了试验研究,使用k-样本Anderson-Darling检验对试验结果进行分析,研究挖补斜度、不同修理方法以及初始损伤直径对修理效果的影响。试验结果表明:挖补修理可以较好地恢复层板的拉伸强度。对穿透挖补修理,挖补斜度大于1:20后,修理试件的拉伸强度可以恢复至完好板的水平;对半穿透挖补修理,挖补斜度大于1:10即可保证修理试件的拉伸强度达到完好板水平。此外,仅改变初始损伤直径不会对修理试件的拉伸性能造成明显影响。以上结果对混杂铺层层板的挖补修理设计有一定的指导意义     

复合材料损伤结构胶接补强修补分析及设计

对复合材料层合板采用20节点等参元、对于胶层采用节理单元建立有限元分析模型，并针对胶接补强修补的两种形式－－贴补和挖补编制了相应的三维有限元分析程序，进行静力分析，获得了修补参数对修补效果的影响曲线，据此来初步确定最佳的修补参数。     

基于遗传算法的复合材料层合板修理方案优化

本文基于Matlab遗传算法,研究了复合材料层合板阶梯式挖补修理的参数优化问题.利用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran,建立了层合板阶梯式挖补修理结构的三维有限元分析模型,通过计算得到不同阶梯数和胶层厚度下的强度值与屈曲特征值.通过遗传算法工具箱,将所得数据拟合得到适应度函数,对挖补阶梯数和胶层厚度进行多目标优化,得到最优修理参数集.     

复合材料挖补修理结构渐进损伤分析

采用材料弹性系数的刚度退化模型分析了复合材料挖补结构的极限强度。基于Mayes模型提出了一种复合材料层合板的刚度退化方法,以带中心孔拉伸试件为对象,在完成有限元网格划分与单元选取的适应性研究后,使用复合材料层压板挖补试验件进行了渐进损伤分析方法的有效性验证。开展了挖补结构的渐进损伤分析和挖补参数对极限强度的影响研究。研究结果表明,采用层合单元的有限元模型和基于材料弹性系数的刚度退化模型,可以作为复合材料修补结构强度的基本分析模型,计算效率和分析精度能够满足工程分析需求,修补设计参数对修补结构强度的影响呈非线性。研究结果可以为复合材料层压板挖补修理设计提供参考。     

含穿透损伤泡沫夹层结构的修补及拉伸性能

建立了复合材料泡沫夹层结构含穿透损伤挖补维修的三维有限元模型,对其在单、双向拉伸载荷作用下进行了有限元分析,根据各铺层的材料主方向的应力分布,采用最大应力强度准则计算了挖补维修前后结构的单、双向拉伸强度。结果表明:单向拉伸载荷状态下,维修后结构强度恢复系数为88.1%,初始损伤为面内剪切失效;双向拉伸载荷状态下,维修后结构强度恢复系数为97.6%,初始损伤为纤维拉伸断裂。最佳表面额外贴补层数量为1至2层,过多贴补层会导致局部应力集中,使维修后结构强度下降。     

DA40飞机复合材料结构的修理

介绍了DA40飞机复合材料结构损伤的检测方法、分类等级,总结了修理材料的选择和使用原则,详细介绍了修理中采用的贴补、固化、表面处理工艺,并以2类、3类损伤的修理为例介绍了修理的一般流程。     

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。     

复合材料加筋板的阶梯式挖补修理稳定性分析

复合材料已在飞机结构中得到了广泛应用,其中胶接修补研究是当前复合材料结构修补中急待解决的重要问题之一。主要针对层合板结构胶接修理中的阶梯式挖补进行研究,建立了复合材料加筋板阶梯式挖补修理结构的有限元分析模型,并进行了屈曲数值分析,详细探讨了补片半径、补片阶梯数、筋距对挖补修理结构稳定性的影响规律。     

挖补修理对复合材料层合板拉伸性能的影响

挖补修理是一种先进的复合材料层合板损伤修理技术,分为斜接法和阶梯法两种类型。本文研究不同修补结构对斜接法挖补修理试验件力学性能的影响。对斜接法楔形砂磨斜坡比率为1:10、1:20、1:30和1:40的复合材料层合板修理试验件的拉伸性能进行了研究,同时总结了斜接法修理后试件的断裂位置特征。结果表明:斜接法斜坡比率为1:30的挖补修理试件的抗拉强度最好,外加补片会提高试件的抗拉强度,外加补片层数2层为宜。断裂类型主要有脱胶断裂和补片断裂。     

层压板胶接挖补修理应用研究

随着先进复合材料在民用飞机上的大量应用,对复合材料结构件的修理技术研究显得尤为重要。胶接挖补修理是一种成熟的层压板永久性修理方法,其中胶接斜面挖补修理工艺简便,在民用飞机中应用广泛,可用于修理损伤范围小于15%零件表面积的分层、脱粘、多余孔等缺陷。工程上一般采用静强度计算方法对修理后零件的强度性能进行评估。在对复合材料层压板零件进行胶接斜面挖补修理及强度计算分析后,结果表明修理及其静强度评估方法的工程应用可行。     

复合材料层合板阶梯式挖补修理的屈曲分析

利用有限元软件MSC.Patran/Nastran,建立了复合材料层合板阶梯式挖补的三维有限元分析模型,对其稳定性进行了分析,并通过分析得到的屈曲特征值,拟合得到了不同筋距、加筋数、挖补阶数和胶层厚度对复合材料层合板阶梯式挖补修理结构屈曲的影响规律。     

双面贴补层合板压缩屈曲渐进损伤分析

贴补复合材料层合板在压缩载荷作用下的屈曲破坏强度及其损伤演化过程对于复合材料结构修理具有重要意义。本文基于应变和黏聚区模型(CZM)建立了贴补复合材料层合板的渐进损伤分析模型,引入复合材料与胶层的损伤判据和刚度退化方案,计算了结构屈曲强度。数值仿真结果和实验数据吻合较好,验证了模型的有效性。基于该模型,采用非线性有限元方法研究了压缩载荷下双面贴补复合材料层合板的屈曲损伤演化过程,并讨论了补片参数对结构屈曲强度的影响。研究结果表明:双面贴补复合材料层合板屈曲后,处于拉伸和压缩状态下的铺层中的损伤程度存在差异;增大补片直径与厚度可以在一定程度上提高双面贴补复合材料层合板的屈曲强度。     

铝蜂窝夹层结构穿孔损伤复合材料修理技术研究

铝蜂窝夹层结构穿孔损伤的高效、低成本修理对保障航空装备的完好性具有重要意义。针对铝蜂窝夹层结构穿孔损伤金属面板提出复合材料碳纤维湿补片胶接修理工艺，结合飞机典型铝蜂窝夹层结构形式制备完好和穿孔损伤试样，对穿孔损伤试样开展复合材料胶接修理，建立铝蜂窝夹层结构复合材料挖补胶接修理后四点弯强度分析有限元仿真分析模型，并通过仿真计算分析穿孔损伤大小对铝蜂窝夹层结构四点弯强度的影响规律及修复后强度恢复情况。结果表明：复合材料挖补胶接修理可有效恢复穿透损伤铝蜂窝夹层结构的弯曲强度；有限元仿真计算结果与试验结果基本一致，仿真模型能够较为准确地计算各类试样的极限载荷及失效模式；当损伤范围≤φ30 mm（径宽比小于40%）时，复合材料胶接修理工艺可应用于飞机铝蜂窝夹层结构损伤修理中。     

飞机地板梁腹板损伤切割补强修理研究

针对飞机地板梁腹板结构损伤．在切割补强处理时存在切除面积和应力集中的问题．对不同形状的切口进行强度特性分析,以确定切割补强修理时最佳切口的形状：在补强过程中,为了改善腹板传递剪力的路径,避免产生附加偏心弯曲应力和弯曲变形．将原补强修理中贴补加强板一分为二．分别铆接在梁腹板的两侧。利用有限元软件Abaqus进行建模,分析和研究梁腹板强度特性,所得结论表明椭圆形切口及两面补贴加强板的维修效果显著．为制定飞机地板梁腹板损伤的维修方案提供了参考和借鉴。     

民机结构金属补片修理方案数字化设计研究

基于民机结构修理方案设计原则和一般方法,提出一种民机结构损伤金属补片修理方案数字化设计方法,通过研究典型金属补片修理方案的数字化设计技术,对方案设计因素和设计参数进行全面分析,得到各参数间的关联和约束关系,给出了合理的修理方案数字化实现途径。实例分析表明,该方法快捷、有效,对飞机结构修理具有工程实际意义。