不同铺层方向层合板阶梯挖补结构拉伸失效行为的研究

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1、第33卷第6期航空材料学报Vo1．33，No．62013年12月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSDecember2013不同铺层方向层合板阶梯挖补结构拉伸失效行为的研究李娜，王志平，纪朝辉，刘阔(1．中国民航大学理学院，天津300300；2．中国民航大学天津市民用航空适航与维修重点实验室，天津300300)摘要：采用阶梯挖补法对四种不同铺层方向的复合材料层合板进行修补，测试挖补后层合板的拉伸性能。通过对失效后断口形貌的表征，分析层合板阶梯挖补结构的失效形式，获知其失效形式为纤维和基体的脱粘。分析四种不同铺层方式修补的复合

2、材料层合板母板、补片和胶层的应力分布。结果表明，铺层方式对母板、补片和胶层上的应力分布影响很大，应力主要集中分布在0。方向铺层上，阶梯挖补界面阶梯拐角处应力分布跳跃很大。关键词：复合材料层合板；阶梯挖补；铺层方式；有限元模拟；应力分布doi：10．3969／j．issn．1005—5053．2013．6．011中图分类号：TB330．1；V214．8文献标识码：A文章编号：1005—5053(2013)06—0062—08纤维增强树脂基复合材料在汽车、船舶、航空航研究。发现修补铺层顺序、修补斜接角度和覆盖层天等领域中应用比例越来越大，但同时也带来了

3、对平均应力和应力峰值的影响最大，进而影响修补这类材料损伤后的处理问题’。出于经济性和环后结构的强度。保方面考虑，当复合材料结构出现损伤时，应及时进相比之下，阶梯挖补方面的研究相对较少，研行修补，而不是直接报废。在这种情况下，复合究方向大多集中在采用有限元方法分析材料的失材料损伤修补问题一直备受国内外研究学者的效强度和胶层的应力分布情况。例如，Fredrickson关注。等和Mollenhauer等¨建立了准各向同性复合挖补法修补可以有效恢复结构强度，具有减材料层合板挖补结构的三维有限元模型，并对斜少应力集中、形状改变小、修补后基本不改变结构接挖补和

4、阶梯挖补接头在拉伸载荷作用下的应变质量等优点，目前已成为航空航天复合材料部件分布进行了分析，试验数据和模拟结果很好地揭损伤采用比较普遍的一种修补技术’。挖补法示了面内应变与各铺层之间的关系，指出复合材按照粘接界面形状可分为斜接挖补和阶梯挖补料层合板树脂层厚度与模量是影响面内剪切应变两种。的主要因素。斜接挖补中斜接角度是影响修补质量的关键因徐建新等建立了复合材料层合板阶梯式挖素。Campilho等和He等采用试验和有限元补结构的三维有限元模型，在计算得到了挖补结构法对不同斜接角度接头的应力分布情况进行了分胶层剥离应力和剪切应力分布情况的同时，研究了析

5、，并计算了接头的强度。有限元分析结果表明，不铺层方向、胶层厚度、搭接长度等参数对胶层应力分同斜接角度粘接界面剥离应力和剪切应力变化趋势布的影响规律。指出阶梯式挖补结构中层合板的铺相同，并且最大应力分布在界面边缘处。在此基础层方向对胶层面内剪应力分布有较大影响。但是缺上，Andrew等又对胶黏剂厚度、层压板厚度和铺少模拟结果和试验结果的对比验证。层顺序对斜接接头上平均应力和应力峰的影响进行为了系统研究铺层方向对阶梯挖补结构拉伸失效行为的影响，本工作在前人研究的基础上，以目前收稿日期：2013·01—21；修订日期：2013—03_04在役民机上普遍采

6、用的复合材料层合板为研究对作者简介：李娜(1979一)，女，博士研究生，主要从事树脂基象，对不同铺层方向层合板阶梯挖补后的拉伸性能复合材料研究，(E—mail)nli@cauc．edu．cn进行研究。并结合有限元方法，分析阶梯挖补结构通讯作者：刘阔(1988一)，男，硕士研究生，主要从事复合材在受力过程中母板、补片和胶层的应力分布情况，揭料力学研究，(E—mail)kliu@cauc．edu．cn。示不同铺层方向挖补结构拉伸失效机制。第6期不同铺层方向层合板阶梯挖补结构拉伸失效行为的研究69supportbycombiningcost—benefi

7、tandmuhicriteriadecisionHAUERDH，eta1．Applicationofthree—dimensional-analysis[J]．DecisionSupportSystems，2011，51(1)：splinevariationalanalysisforcompositerepair[J]．co—167—175．mpositeStructures，2008，83：119—130．[5]HARTSLJ．Adhesive—BondedJointsforComposites—Phe—[14]MOLLENHAUERDH，FRE

8、DRICKSONBM，SCHOEP．nomenologicalConsiderations[c]／／TechnologyC