复合材料胶接修补问题的试验研究和分析

用带中心裂纹的Ｌｙ１２ＣＺ铝合金板模拟飞机的损伤结构,对于不同的修补方式（单边和双边修补）,不同的补片材料（铝合金和复合材料）和几何尺寸以及脱胶等因素,进行了静强度和疲劳裂纹扩展试验． 实验表明． 胶结修补能明显地提高损伤结构的强度和疲劳寿命,同时实验还为修补实践的选材和几何参数的设计等提供了大量数据． 文中最后给出了修补结构疲劳裂纹的有限元计算估计,并与试验结果进行了比较和分析．     

CFRP复合材料构件胶接特性及失效规律研究

对不同铺层方式和不同胶层厚度的复合材料胶接单搭结构(SLJs)的连接性能进行了研究。使用内聚力模型模拟了SLJs的胶层退化及失效过程,通过与实验对比验证了数值模型的有效性;基于改进后的三维Hashin失效准则,模拟了复合材料层合板的损伤演化。结果表明：胶层的退化形态及失效规律与胶层粘连的复合材料铺层角度密切相关,当胶层两侧粘连的复合材料铺层角度为0°时,胶层会退化形成椭圆环状;当胶层两侧粘连的复合材料铺层角度为45°或-45°时,胶层会退化形成上下中心对称的水滴状;当胶层两侧粘连的复合材料铺层角度为90°时,胶层会退化成沙漏状。0°铺层与胶层相邻时,结构的极限失效载荷最大,此时复合材料未出现损伤;当90°铺层与胶层相邻,结构的极限失效载荷最小且复合材料出现基体损伤、纤维损伤和分层损伤。胶层厚度在0.05～0.5mm时,复合材料胶接单搭结构的连接性能最好,当胶层厚度大于0.5mm,结构的连接性能会大幅下降。     

复合材料胶接结构有限元分析方法研究进展

胶接结构的强度分析方法可以分为解析法和数值法两类,数值法主要是有限元方法.本文综述了复合材料胶接结构的有限元分析方法,按照胶接结构有限元模型建立的物理机理,将胶接结构力学分析模型分为基于有限元应力分析模型、基于断裂力学模型和基于损伤力学模型3类.详细介绍了这3类模型中的主要有限元建模分析方法:三维应力分析方法、虚拟裂纹闭合技术方法和内聚力模型方法,介绍了每种方法的基本思想、适用范围、优缺点、改进和扩展、有限元建模的实施步骤,以及有限元分析中应用该方法所取得的成果.第五部分从适用范围、应力奇异和破坏判据3个方面对这几种分析模型进行了对比分析.最后,对该领域发展趋势进行了展望.      

胶接体系的胶接强度、粘结能及损伤破坏研究

胶接是指一种用粘合剂实现连接和固持的方法,胶接形式的金属薄板在汽车工业,建筑业以及航空航天领域有着广泛的应用.论文采用有限元模拟方法,研究了该胶接体系在受载状态下的滑剪破坏行为,重点关注了胶层粘结能,搭接长度,胶层厚度对胶接接头承载能力的影响,同时初步探讨了胶层的界面损伤情况.胶层粘结能的提高能够显著提高接头的承载能力.此承载能力受搭接长度和胶层粘结能的共同影响,较大的粘结能情况下,提高搭接长度能够显著提高接头的承载能力.胶层厚度对接头的承载能力也存在影响,在论文考虑的厚度范围内,提高厚度能够增强接头的承载能力.最后初步考虑了接头在达到载荷峰值时刻的胶层损伤情况.     

复合材料层合板单搭胶接力学性能检测技术与分析

胶接工艺缺陷对单搭胶接接头的拉伸剪切性能有着重要的影响。为了研究不同单搭接胶接层厚度对不同材质复合材料层合板胶接性能的影响规律,通过喷水穿透法超声C扫描对试样的剪切区域进行无损检测,并分别采用1mm、2mm、4mm的胶层厚度,以碳纤维/玻璃纤维复合材料层合板为被粘物,进行单搭胶接拉伸剪切性能试验。检测及试验结果表明:当胶层厚度h1mm时,对于相同材料的被粘物,胶层厚度越大,试件胶接接头剪切强度越小;相同的粘接剂厚度,以碳纤维增强复合材料板为被粘物的试件胶接接头剪切强度大于以玻纤增强复合材料板为被粘物的试件胶接接头强度;胶粘剂与碳纤维被粘物表面的润湿效果要优于胶粘剂与玻纤被粘物表面的润湿效果。     

民机复合材料结构修理容限研究

论文对民用飞机复合材料结构的修理容限进行了研究.在分析相关概念的基础上,根据结构对飞机安全性的重要性对损伤部件进行分类,并用损伤检出概率来衡量损伤程度,对结构承载能力要求进行线性划分.接着在深入分析波音飞机公司修理指标的基础上,提出了修理容限量化的评估指标,为修理方案的制定和优化提供技术依据.最后介绍了结构修理评估及附加检查.     

含多源损伤的胶接修补结构有限元分析方法

采用有限元法研究含多源损伤结构的胶接修补问题,利用二维三层有限元模型对损伤区进行了数值模拟,并选取典型多源损伤情况中含共线双裂纹铝板结构为算例,详细分析了含多裂纹胶接修补结构中两裂纹相对位置、补片尺寸、铺层和厚度对应力强度因子的影响.结果表明,复合材料胶接修补可明显降低含共线双裂纹母板的应力强度因子;对于确定的裂纹和应力场,应对复合材料补片长度和厚度等参数进行优化设计,以获得最佳的修补效果.     

金属损伤复合材料胶接修补结构力学试验研究

为评估金属损伤复合材料胶接修补结构的剩余强度和剩余寿命,进行了含腐蚀和疲劳损伤LY12CZ航空铝合金板碳/环氧复合材料补片胶接修复结构的力学性能试验,分析了在静拉伸和疲劳载荷作用下修补结构的破坏模式、失效机理。试验研究发现:复合材料胶接修补技术有效改善了腐蚀和疲劳损伤这两类损伤区域的受力状况,恢复了其载荷传递路线,其静拉伸失效形式为金属韧性断裂后胶层脱粘的分步渐进式破坏;与含损伤未修补试样相比,胶接修补大幅度提高了试件的剩余强度和剩余寿命恢复率,修补后铝合金试件承载能力增加了约25%,疲劳寿命增加至修补前的约4倍~5倍。     

含裂粘补结构胶层剪应力的计算

提出了一种计算含裂粘补结构胶层剪应力的新方法。采用有限元计算补片的影响系数，使用已有解析解计算蒙皮的影响系数。利用位移协调条件，列出有限多组联立方程。解出含裂粘补结构胶层剪应力。计算结果较好的反映了含裂粘补结构胶层剪应力的实际变化趋势，该方法同样可应用于其他结构如高梯度基膜复合材料剪应力的计算。     

含裂纹金属薄板胶接补强的应力分析

本文应用弹塑性有限元分析胶接补强的含裂纹薄板结构,剪切单元被改进使之可连结平面等参单元并用于分析胶层应力。计算了补强后裂纹板的应力强度因子,并将计算结果与实验数据作了比较,分析表明,胶接补强可显著降低裂尖的应力集中,使裂纹板内应力分布趋于均匀。     

离散变量结构拓扑优化设计研究

研究了离散变量结构拓扑优化设计的若干问题，讨论了离散型优化模型的合理性，提出截面设计变量的离散程度和全局约束影响最优拓扑，是优化中不可忽视的因素，文中还提出了一种解离散变量桁架，刚架结构拓扑优化的启发式算法。     

复合材料箱型结构的屈曲性态研究

采用带旋转自由度参数C0类板(壳)单元,研究复合材料箱型结构的初始屈曲性态.在推导单元几何刚度阵时,同时考虑出平面位移和面内位移对膜应变的影响;着重讨论了不同材料正方形截面梁的长细比与欧拉临界力的关系,复合材料典型盒段的截面形式和铺设角、铺设次序对初始屈曲性态的影响.     

腐蚀环境下复合材料修补件力学特性研究

采用复合材料补片胶接修补含裂纹LY12CZ铝合金板,开展了试验室大气环境和加速预腐蚀环境下复合材料修补件静强度拉伸和疲劳裂纹扩展对比试验研究.结果表明,复合材料补片均能显著提高损伤结构的拉伸强度和疲劳寿命,且短周期的预腐蚀环境对修补件两种力学特性的影响可以忽略不计.同时,基于Paris公式和Rose分析模型,建立了常规环境和预腐蚀环境下疲劳裂纹扩展寿命预测模型,通过与试验结果的对比证明了该模型的工程有效性.     

复合材料结构力学

复合材料结构力学研究复合材料的杆、板、壳及其组合结构的应力分析、变形、稳定和振动等各种力学问题,在广义上属于复合材料力学的一个分支。由于其内容丰富,问题重要和研究对象不同,已成为和研究复合材料力学问题的狭义复合材料力学并列的学科分支。Ⅰ.复合材料结构的力学特点      

钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展

钢-混凝土组合结构的抗震性能受到了工程研究领域的广泛关注. 本文总结了国内外研究者在组合梁、组合柱、组合节点及组合框架结构抗震性能方面的试验研究概况,分析了组合构件的作用机理及地震损伤演化累积效应,讨论了钢-混凝土组合结构地震反应分析的数值模型,包括微观模型、宏观模型以及近年来迅速发展的多尺度模型,并阐述了组合结构抗震性能评价指标及抗震性能水平的确立方法.     

全长粘结化学植筋的载荷传递机理

运用弹性力学空间轴对称问题与剪切位移法的基本假定和解答方法, 建立分析模型和界面应力基本方程, 得到化学植筋的界面应力和植筋轴力的弹性解析解答, 结合算例说明了界面应力的衰减曲线分布规律, 提出载荷传递系数$k$并简要分析了它对载荷传递规律影响.     

钢--混凝土组合结构抗震性能研究进展简

钢-混凝土组合结构的抗震性能受到了工程研究领域的广泛关注. 本文总结了国内外研究者在组合梁、组合柱、组合节点及组合框架结构抗震性能方面的试验研究概况,分析了组合构件的作用机理及地震损伤演化累积效应,讨论了钢-混凝土组合结构地震反应分析的数值模型,包括微观模型、宏观模型以及近年来迅速发展的多尺度模型,并阐述了组合结构抗震性能评价指标及抗震性能水平的确立方法.     

复合材料应力分析的均匀化方法

建立了基于均匀化理论的确定复合材料结构应力场的方法．其实质是用均质的宏观结构和非均质的具有周期性分布的细观结构描述原结构；将力学量表示成关于宏观坐标和细观坐标的函数，并用细观和宏观两种尺度之比为小参数展开，用摄动技术将原问题化为一细观均匀化问题和一宏观均匀化问题．这两个问题的解确定了包含等效位移和一阶近似位移的位移场，由此获得应力场．利用该方法给出了圆柱形孔隙材料和单向纤维复合材料在单向拉伸时的应力场以及空隙材料简支梁的局部应力场，说明了该方法的有效性