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,...     

复合材料胶接修补结构剩余强度分析

随着复合材料在航空结构中的广泛应用,航空复合材料修补技术也成为研究热点。通过复合材料单面胶接维修方法,将抛物线型损伤演化规律应用于胶层的损伤分析。对商业有限元软件进行了二次开发并建立了数值模型,研究了补片尺寸与厚度对修补结构压缩强度的影响。对复合材料胶接修补结构试验件进行剩余强度试验,研究了补片形状、尺寸、厚度等参数对修补后结构压缩剩余强度的影响。数值模拟结果与试验值吻合良好,误差在5%以内。     

蜂窝夹芯结构板芯脱胶修补研究

 针对复合材料蜂窝夹芯结构面板与芯子脱胶损伤问题, 提出一模拟面板、胶层及芯子的有限元模型,采用NASTRAN 分析软件计算了板芯脱胶结构的剩余强度及修补后的强度恢复。研究了脱胶区域大小对剩余强度的影响及胶接修补质量对强度恢复的影响。     

曲面复合材料胶接修补研究

在曲面复合材料胶接修补中，补片的形状尺寸对胶接强度有较大影响。采用“三板模型”对修补结构进行三维8节点各向同性体元和8节点各向异性层合板元的有限元建模分析，从多个参变量的计算结果得到如下结论：补片的面积为孔面积的5～10倍、厚度为孔深的40％-55％、补片端部的尖削比达到14时，修补结构的强度恢复能达到最大值。     

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。     

胶接修补复合材料层合板失效分析的PDA-CZM方法

建立了一种预测胶接修补复合材料层合板的损伤演变与剩余强度的PDA-CZM方法。该方法应用三维渐进损伤分析（PDA）方法和粘聚区模型（CZM）分别模拟复合材料层合板和修补胶层的失效过程。对修补层合板的纤维断裂、基体开裂、层间分层以及胶层脱胶等损伤的萌生和扩展以及它们之间的耦合作用进行了研究。计算得到了修补结构的载荷--位移曲线,并预测了其极限强度。计算结果和试验数据吻合良好,验证了PDA-CZM方法的有效性。最后,讨论了修补参数对剩余强度的影响规律。     

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。     

三元乙丙弹性体绝热层缺陷修补用胶粘剂的研制

本文报道了一种固体火箭发动机弹性体绝热层缺陷修补用环氧－聚酰胺胶粘剂的研制结果，这种胶粘剂可用于绝热层缺胶，气眼，分模面凹坑和绝热层－金属界面脱粘等缺陷的修补，尤其适用于三元乙丙弹性体绝热层的后硫化胶接修补。     

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…     

Material parameter modeling and solution technique using birth–death element for notched metallic panel repaired with bonded composite patch

This paper seeks to outline a novel three-layer model and a new birth–death element solution technique to evaluate static strength of notched metallic panel repaired with bonded composite patch and to optimize material parameters. The higher order 3D, 8-node isotropic solid element and 8-node anisotropic layered solid element with three degrees of freedom per node are respectively implemented to model substrate panel, adhesive layer and composite patch to establish three-layer model of repaired panel. The new solving technique based on birth–death element is developed to allow solution of the stress pattern of repaired panel for identifying failure mode. The new model and its solution are used to model failure mode and residual strength of repaired panel, and the obtained results have a good agreement with the experimental findings. Finally, the influences of material parameter of adhesive layer and composite patch on the residual strength of repaired panel are investigated for optimizing material properties to meet operational and environmental constraints.     

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。     

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。     

复合材料螺接修补参数优化

针对复合材料层合板穿透性损伤,采用圆形复合材料补片螺接贴补修理方式,对影响修补效率的多个因素进行了分析计算。修补结构采用“两板-DOF弹簧元”模型,有限元分析运用 NASTRAN软件,所得结论对工程设计具有实用价值。     

补片尺寸对复合材料胶接修理性能的影响

在复合材料胶接修补中，补片的尺寸对胶接强度的影响非常关键。本文针对单面胶接修理结构建立了“三板模型”，并且，通过试验来验证该有限元模型的正确性，然后，利用该模型来分析补片尺寸对胶接质量的影响。对计算结果的分析发现：补片的直径为孔直径的2—3倍，厚度为孔深的45％～60％时，修补结构的强度恢复能达到最大值。     

航空发动机外物损伤试验技术研究

国外对发动机外物损伤都有规范要求。美国军标MIL-E-5007D发动机通用规范要求:“发动机吸入外物后,外物对风扇、压气机工作叶片和静子叶片造成最小应力集中系数(k_t)为3的损坏时发动机应还能工作到型号规范规定的两个检查周期或小时数。”从而明确规定了考验发动机外物损伤的试验条件和合格标准。我国据79、80两年空军不完全统计,外物击伤发动机多达70起,远远超过鸟撞次数。这些击伤发动机的外物有小的螺钉、螺帽、开口销,还有布块、饭盒、皮帽、指挥旗等。因此在我国制定的“涡喷、涡扇发动机通用规范”GJB241-87中,对外物损伤也有明确的试验要求,试验条件和合格标准与美军标MIL-E-5007D一致。      

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。     

LF21板材胶贴修补件的裂纹扩展统计分析

针对LF21防锈铝合金(JX机副油箱材料)CCT试样,通过采用两种胶贴剂的复合材料(T300)胶贴修补,对其裂纹扩展过程作了两种分布的统计分析,从而为建立新的胶贴裂纹扩展模型提供了一个很好的可靠性分析基础。计算结果表明XH-11结构胶在95％置信水平下其抗疲劳性能优于Metallplastic铝粉胶,共结果可供飞机结构胶贴修补时参考。     

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。