湿热环境对民机复合材料强度的影响研究

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1、第35卷第1期2017年2月中国民航大学学报JOURNALOFCIVILAVIATIONUNIVERSITY0FCHINAV01．35No．1February2017湿热环境对民机复合材料强度的影响研究贾宝惠，刘萱，卢翔，蔺越国(中国民航大学航空工程学院，天津300300)摘要：为研究民机复合材料层舍板湿热环境下对其强度的影响，采用刚度折减理论，建立应力一应变本构方程，并利用Hoffman强度理论和刚度修正的方法，对复合材料单向板T300／3238A在5种湿热环境下和复合材料层合板CCF300／5228在湿热与干态常温2种环境下，分别进行强度分析。计算了初始层破坏

2、载荷与极限载荷，并与实验数据对比分析，准确地预测此类复合材料层合板的整体失效过程、失效载荷及其在湿热环境作用下的强度影响。本研究利用实验与理论分析相结合的方法研究复合材料的湿热效应．提供一种适用于民机复合材料维修工程的分析方法。关键词：复合材料；Hoffman强度理论；刚度修正；极限载荷：湿热效应中图分类号：V257；TB332文献标志码：A文章编号：1674—5590(2017)01—0011-06StudyoneffectofhydrothermalenvironmenttocivilaircraftcompositelaminatesstrengthJ／AB

3、aohui，LIUXuan，LUXiang,LINYueguo(CollegeofAeronauticalEngeneering,CAUC,Tianj：in300300，China)Abstract：Basedonmodifiedstiffnesstheory．thehydrothermaleffectoncompositelaminatesofcivilaircraftisstudied．Specifically，thestrengthofunidirectionalcompositeboardT30013238Aunderfivekindsofhydrothe

4、rmalconditionsandlaminateCCF300／5228underghydrothemalenvironmentandnormaldrystatearestudiedwithmathematicalmodelofstress—strainconstitutiveequation．Hoffmanstrengththeoryandstiffnesscorrectionmethod．Lastly，initiallayercrackingloadandultimatelodarecalculatedandthencomparedwithexperiment

5、aldata，theoverallfailureprocess，failureload，andstrengthimpactinhydrothermalenvironmentofthiscompositelaminatecanbepredictedaccurately．Comhinngwithexperimentsandtheoreticalmethod，thisapproachisfeasibletoanalyzethehydrothermaleffectoncompositelaminatesincivilaircraftmaintenanceapplicati

6、ons．Keywords：compositelaminates；Hoffmanstrengththeory；stiffnesscorrection；failureload；hydrothermaleffect复合材料在民用飞机上的用量逐年提高，在B787和A350等民机结构重量中所占的比例已达50％以上。而国产客机ARJ2l的复合材料占飞机结构重量的比例不足2％，C919约占12％。正在预研的国内下一代宽体客机复合材料的用量将大幅提升，或将接近B787水平。现代民机的主要结构不断使用纤维增强复合材料，大部分结构长期处于高温、高速及潮湿的恶劣环境中，其湿热环境不仅会

7、在复合材料结构中产生额外的湿热变形及湿热内应力，还将大幅降低其本身的力学性能，失去承载能力。研究湿热环境对复合材料结构力学性能的影响，对民机复合材料结构的修理及维修工程分析具有重要的工程意义。目前，国内外有许多科研人员都在从事复合材料湿热老化问题的研究，如Meziere[-】研究发现吸湿后复合材料性能的降低主要是由环氧树脂基体性能降低引起的。ScidaE2]研究玻璃纤维／R，二维编织复合材料层合板湿热老化力学性能，发现基体吸湿后性能下降，纤维更早地承受更大载荷致使复合材料强度性能大幅下降。王佩艳[3】对复合材料QW280／5528的环境性能进行了试验研究，在135

8、℃、95％