通航飞机复合材料层合板胶接修理工艺研究

作     者：丁镇源 

作者单位：中国民用航空飞行学院 

学位级别：硕士

导师姓名：陈淑仙

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：通航飞机复合材料 胶接修理 固化动力学 残余应力 拉压强度 

摘      要：为优化通航飞机复合材料层合板胶接修理工艺参数,提高胶接修理质量,本文以通航飞机复合材料层合板L285/7781为研究对象,通过实验研究和数值仿真方式探究了材料力学性能参数、固化动力学模型,并研究分析了固化制度、升温速率、降温速率、固化压力等修理工艺对修补质量的影响。 在实验研究方面,通过DSC实验,求得树脂表观活化能为68.6KJ/mol,反应热388.3J/mol;采用非线性拟合确定固化动力学模型指前因子A为19.261、反应级数m、n分别为0.055、2.048,拟合优度为99%,建立了描述树脂弹性模量变化的CHILE(Tg)模型;通过拉伸、压缩实验获取了力学参数。实验结果为数值仿真提供了材料参数依据。 在数值仿真研究方面,开发了热传导、固化动力学、固化力学等模型,构建了式样级复合材料层合板胶接修理数值仿真模型。研究分析了不同固化制度、升温速率对胶层及修补片固化度场及温度场的影响:复合材料修理模型在恒温固化、阶梯固化制度条件下都能完成固化,前者缩短固化时间11%,温度峰值仅高出后者1%;但阶梯固化减少了非均匀固化现象;5K/min升温速率下,预固化阶段峰值温度为346.8K,高于1K/min升温速率2.1K。研究分析了工艺参数对胶接修理过程残余应力、层合板拉伸强度的影响:预固化阶段残余应力随着升温速率的增加而增加,修补片中心区域的残余应力最低,补片边缘的几何不连续区域残余应力最高;两种固化制度残余应力的初始增长趋势相同,恒温固化初始阶段残余应力峰值高出67%,5K/min升温速率下胶层残余应力比1K/min对应残余应力高21%;更快冷却速率会增加最终的残余应力,4K/min的冷却速率下,胶层残余应力梯度绝对值达到34.08 MPa/m;比2K/min高75%,慢速降温策略能减少残余应力、实现更均匀的应力分布;1K/min-4K/min降温速率下的最大支反力变化趋势基本一致,数值上均在390KN-394KN左右;固化压力从0.1MPa提高至1MPa,胶层残余应力从42.2MPa降至36.8MPa,降低了12.7%,残余应力梯度从1028MPa/m减少至673MPa/m,降低34.5%,拉伸强度恢复率提升了1.9%,压缩强度恢复率提升了3.1%;获取了修补模型在拉伸载荷下失效规律。