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曲面复合材料胶接修理的力学分析与参数优化

曲面复合材料胶接修理的力学分析与参数优化

作者：程起有西北工业大学

学位级别：硕士

复合材料胶接修理技术已经被应用于修理受损的金属或复合材料构件,以用来恢复受损构件的强度和刚度。但是,目前对于复合材料修理的研究大多限于平板结构,而对曲面结构修理所做的研究非常有限,所以迫切需要开展这方面的研究。本文结合航... 详细信息

复合材料胶接修理技术已经被应用于修理受损的金属或复合材料构件,以用来恢复受损构件的强度和刚度。但是,目前对于复合材料修理的研究大多限于平板结构,而对曲面结构修理所做的研究非常有限,所以迫切需要开展这方面的研究。本文结合航空科学基金项目:“复合材料结构维修技术研究”,采用三维有限元方法,研究了曲面复合材料胶接修理中,胶接参数对修理效果的影响。考虑到曲面复合材料的外形特殊性,及胶接修理的特点,建立了修理结构的力学分析模型:“三实体模型”。利用两个典型的修理实例对所建的力学分析模型进行了验证,结果表明:该模型计算结果准确可靠,适合于工程应用。采用该模型计算了贴补修理和挖补修理两种典型的胶接修理方式中,胶接参数对修理效果的影响。在贴补修理中,分析了补片的尺寸、楔形角、结构曲率及胶接缺陷等因素对胶接修理效果的影响。同时对比了单—双面胶接修理的效果。结果表明:①补片的大小和厚度对修理效果的影响最大,修理效果随着它们的值增大而增大,但不能太大,当周向尺寸为孔径的3倍、轴向尺寸为孔径的2倍、厚度取母板的一半时,修理效果最好。②楔形补片能提高修理效果,根据计算结果,补片的楔形角取10度较合适。③一般情况下,补片采用和母板相同的铺层设计。④结构的曲率越大,相同的修理工艺能取得更好的效果。⑤当存在胶接缺陷(尤其缺陷存在于胶层的周向边缘时)时会降低修理效果。⑥双面修理的效果要比单面修理的效果要好,如果条件允许,最好采用双面修理。分析了挖补修理中,补片的铺层阶差值、胶层的厚度及结构曲率的大小对胶接修理效果的影响。结果表明:①补片的铺层阶差值是影响修理效果最主要的因素,挖补效果随着阶差值增大而提高。阶差有一个最佳值,一般取单层层合板厚度的6倍。②胶层的厚度对挖补修理的效果影响不大。③在相同的修理条件下,结构曲率越大,修理效果越好。本文的研究工作为工程实际应用提供了借鉴,同时也为下一步的研究工作奠定了基础。

关键词：曲面复合材料贴补修理挖补修理有限元分析修理参数

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曲面复合材料胶接修补参数优化

强度与环境 2007年第1期34卷 22-27页

作者：程起有姚磊江童小燕李斌西北工业大学航空学院西安710072

随着复合材料在航空结构上的应用越来越广泛,国内外对受损复合材料结构的修补问题开展了较多的研究,但目前所开展的研究基本上是针对平板结构的修补,曲板结构修补的研究开展很少,所以迫切需要开展这方面的研究。本文针对曲板复合材料孔... 详细信息

随着复合材料在航空结构上的应用越来越广泛,国内外对受损复合材料结构的修补问题开展了较多的研究,但目前所开展的研究基本上是针对平板结构的修补,曲板结构修补的研究开展很少,所以迫切需要开展这方面的研究。本文针对曲板复合材料孔洞型穿透性损伤,采用方形复合材料补片胶接贴补方式,对影响修补效率的多个胶接参数进行了分析计算。在有限元分析中,考虑到曲面复合材料的外形特殊性,及胶接修补的特点,建立了修补结构的力学分析模型:“三实体模型”。有限元分析采用ANSYS软件,所得结论对工程应用具有实用价值。

关键词：曲面复合材料胶接修补胶接参数有限元方法

增强体织物组织结构对曲面复合材料力学性能的影响

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中国塑料 2019年第3期33卷 22-27页

作者：汪浩徐珍珍阮芳涛王孝锋安徽工程大学纺织服装学院安徽芜湖241000

为了探究曲面复合材料中增强体织物组织结构对其力学性能的影响,采用不同组织结构(平纹、斜纹、缎纹、无纬结构)的玄武岩织物,浸渍在环氧树脂与固化剂混合溶液中,在特制模具中加压复合成型制备了一系列曲面复合材料。采用3点弯曲试验法... 详细信息

为了探究曲面复合材料中增强体织物组织结构对其力学性能的影响,采用不同组织结构(平纹、斜纹、缎纹、无纬结构)的玄武岩织物,浸渍在环氧树脂与固化剂混合溶液中,在特制模具中加压复合成型制备了一系列曲面复合材料。采用3点弯曲试验法对曲面复合材料的弯曲强度和弯曲模量进行了测试,并且研究了曲面复合材料的冲击性能以及顶破强力及其破坏机理。结果表明,平纹增强体的玄武岩曲面复合材料弯曲性能最佳;组织结构为缎纹的玄武岩曲面复合材料冲击性能最佳,弯曲强度和平纹相近,在顶破强力上缎纹结构略低于斜纹结构。

关键词：曲面复合材料织物组织结构 3点弯曲冲击顶破

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曲面三维横编间隔织物复合材料的压缩性能

纺织学报 2018年第1期39卷 62-65页

作者：李晓英马丕波聂小林蒋高明江南大学教育部针织技术工程研究中心江苏无锡214122 广东工业大学艺术设计学院广东广州510090

为研究曲面三维横编间隔织物增强复合材料的压缩性能,为后续低速冲击及剩余强度的研究提供实验数据,制作了满足要求的试样。将三维横编间隔织物织成平面与曲面2种,再分别制成2组不同曲率的复合材料。将不同曲率增强复合材料置于电子万... 详细信息

为研究曲面三维横编间隔织物增强复合材料的压缩性能,为后续低速冲击及剩余强度的研究提供实验数据,制作了满足要求的试样。将三维横编间隔织物织成平面与曲面2种,再分别制成2组不同曲率的复合材料。将不同曲率增强复合材料置于电子万能材料试验机上测试其压缩性能,分组比较其载荷与位移的曲线关系。结果表明:在其他条件相同时,不论是平面间隔织物复合材料还是曲面间隔织物复合材料,横向压缩载荷峰值都明显高于纵向;同组复合材料随着织物样片曲率的增大,压缩载荷峰值也呈逐渐增大趋势。

关键词：三维横编间隔织物曲面复合材料平面间隔织物压缩性能

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曲面结构碳纤维复合材料冲击性能研究

内蒙古工业大学学报(自然科学版) 2024年

作者：金良杰吴薇范文州内蒙古工业大学轻工与纺织学院

固体火箭发动机的复合壳体是由树脂基碳纤维复合材料缠绕而成的，然而壳体头部区域由于弯曲应力和应力集中较高，经常发生低压脆性损伤。在液压爆破试验期间，纵向纤维断裂是这个薄弱区域常见的损伤形式。为了加固这个薄弱区域，利用普... 详细信息

固体火箭发动机的复合壳体是由树脂基碳纤维复合材料缠绕而成的，然而壳体头部区域由于弯曲应力和应力集中较高，经常发生低压脆性损伤。在液压爆破试验期间，纵向纤维断裂是这个薄弱区域常见的损伤形式。为了加固这个薄弱区域，利用普通材料制作了一个150 mm半径的固体火箭发动机壳头加固件作为研究对象，探讨由平纹和双轴向织物制备的曲面复合材料对低速冲击的力学响应，使用真空辅助成型工艺制备了曲面复合层板用以评估两种结构织物、不同曲率和不同能量对低速冲击的力学响应。结果表明，在15 J的冲击能量下，双轴向结构织物的平均损伤面积是平纹结构织物的54.6%，背面裂纹长度为平纹结构织物的43.8%，凹坑深度为平纹结构织物的82.5%。双轴向结构织物具有更少的整体形态损伤和更好的抗冲击性能。此外，对于不同曲率的双轴向结构织物，在相同能量冲击作用下，整体损伤随曲率逐渐增加而减小，曲率结构可以在一定程度上抑制冲击损伤，然而，随着冲击能量的增加，在双轴结构织物范围内会造成更多的损伤，甚至产生穿透损伤。

关键词：曲面复合材料碳纤维头部加固件低速冲击

损伤单曲层压壳胶接修复结构力学性能测试与分析

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玻璃钢／复合材料 2015年第4期 5-10页

作者：邱求元范海蓉林振能陆军航空兵学院北京101123

实际工程结构中存在大量的大曲率的曲面复合材料结构,因其特殊的外形和气动性要求,其复合材料补片胶接修理参数不能简单等同于平面复合材料结构。针对尺寸(长度L×曲率半径R×圆心角θ)为300mm×50mm×π/3rad、中心位置含20mm穿透型... 详细信息

实际工程结构中存在大量的大曲率的曲面复合材料结构,因其特殊的外形和气动性要求,其复合材料补片胶接修理参数不能简单等同于平面复合材料结构。针对尺寸(长度L×曲率半径R×圆心角θ)为300mm×50mm×π/3rad、中心位置含20mm穿透型孔洞损伤的单曲层压壳结构,采用两种不同类型补片进行胶接修复试验,并对其力学性能进行测试与分析。结果表明:损伤孔的存在极大地降低了层压壳结构失效载荷、强度及模量,其损失率高达61%以上,而经胶接修复后其失效载荷、强度及模量可以得到明显改善,甚至恢复到完好程度;同时,采用楔形补片进行修复对改善修复结构中补片和损伤母板局部应力状态是十分有利的。

关键词：曲面复合材料壳结构胶接修复试验分析