本文關(guān)鍵詞：SR20飛機復(fù)合材料泡沫夾芯結(jié)構(gòu)壁板挖補維修力學性能研究

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【摘要】：根據(jù)SR20飛機機身復(fù)合材料泡沫夾芯壁板結(jié)構(gòu),建立了復(fù)合材料泡沫夾芯壁板結(jié)構(gòu)理論模型、工程模型的挖補維修三維有限元模型。分析了有限元模型的收斂性,給出了合理的網(wǎng)格劃分密度。按照單元網(wǎng)格的雅克比值大于0.7的標準進行了單元網(wǎng)格劃分。給出了合理的邊界條件。對含手冊規(guī)定最大尺寸損傷的復(fù)合材料泡沫夾芯結(jié)構(gòu)理論模型、工程模型進行了應(yīng)力及強度分析。給出了單向拉伸、雙向拉伸、純剪切載荷作用下完好結(jié)構(gòu)和維修后結(jié)構(gòu)面板各材料主方向的應(yīng)力分布；基于最大應(yīng)力準則給出了完好結(jié)構(gòu)和維修后結(jié)構(gòu)的強度。分析結(jié)果表明,維修后母板上與補片膠接的區(qū)域為結(jié)構(gòu)中剛度梯度最大的區(qū)域,該區(qū)域的應(yīng)力水平最高,應(yīng)力極值點出現(xiàn)在母板上與最外層維修鋪層相接觸的邊界附近。維修后含非穿透損傷的理論模型,二次損傷發(fā)生在維修一側(cè)面板的最外層鋪層上；含穿透損傷的理論模型,由于結(jié)構(gòu)、外載荷及維修鋪層的對稱性,兩側(cè)面板的最外層鋪層均有可能發(fā)生二次損傷。原因是最外層鋪層直接與維修補片邊界相接觸,存在較大的幾何形狀突變,由維修區(qū)域剛度增大所引起的應(yīng)力集中最嚴重。維修后含非穿透和穿透損傷的工程模型,二次損傷均發(fā)生在夾芯結(jié)構(gòu)外側(cè)無幾何轉(zhuǎn)折面板的最外層鋪層上。這是由于工程模型中外側(cè)面板為平面結(jié)構(gòu),能夠很好地傳遞結(jié)構(gòu)邊界上的切向力,起主要承載作用；同時面板最外層鋪層與維修補片邊界直接接觸,應(yīng)力集中最嚴重。含非穿透損傷的工程模型,單向拉伸載荷下的強度恢復(fù)率為88.63%,雙向拉伸載荷下的強度恢復(fù)率為96.55%,純剪切載荷下的強度恢復(fù)率為92.98%;含穿透損傷的工程模型,單向拉伸載荷下的強度恢復(fù)率為86.67%,雙向拉伸載荷下的強度恢復(fù)率為96.00%,純剪切載荷下的強度恢復(fù)率為91.58%。挖補維修后會引起維修區(qū)域結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生變化,結(jié)構(gòu)剛度變化所造成的應(yīng)力集中是維修后結(jié)構(gòu)強度下降的主要原因。損傷類型不是維修后結(jié)構(gòu)強度的決定性因素。維修后結(jié)構(gòu)強度隨表面貼補鋪層數(shù)量的增多而降低。但在維修過程中使用表面貼補鋪層可以減小修補區(qū)域的應(yīng)力梯度,提高維修搭接區(qū)域的抗剝離性能,使用1到2層表面貼補鋪層降低維修區(qū)域應(yīng)力梯度、提高維修質(zhì)量的效果最佳。對含超出維修手冊規(guī)定最大尺寸20%和50%損傷的復(fù)合材料泡沫夾芯結(jié)構(gòu)工程模型進行了應(yīng)力和強度分析。挖補維修后,含超出手冊規(guī)定尺寸的非穿透和穿透損傷的工程模型,其二次損傷均發(fā)生在夾芯結(jié)構(gòu)外側(cè)無幾何轉(zhuǎn)折面板的最外層鋪層上,損傷模式、應(yīng)力極值點位置均與含手冊規(guī)定最大尺寸損傷的工程模型相同。含超出維修手冊規(guī)定最大尺寸20%非穿透損傷的工程模型,單向拉伸載荷下的強度恢復(fù)率為89.45%,雙向拉伸載荷下的強度恢復(fù)率為96.55%,純剪切載荷下的強度恢復(fù)率為94.43%；含穿透損傷的工程模型,單向拉伸載荷下的強度恢復(fù)率為88.23%,雙向拉伸載荷下的強度恢復(fù)率為96.27%,純剪切載荷下的強度恢復(fù)率為92.04%。含超出維修手冊規(guī)定最大尺寸50%非穿透損傷的工程模型,單向拉伸載荷下的強度恢復(fù)率為90.28%,雙向拉伸載荷下的強度恢復(fù)率為96.83%,純剪切載荷下的強度恢復(fù)率為94.43%；含穿透損傷的工程模型,單向拉伸載荷下的強度恢復(fù)率為88.23%,雙向拉伸載荷下的強度恢復(fù)率為96.55%,純剪切載荷下的強度恢復(fù)率為92.98%。與含手冊規(guī)定最大尺寸損傷的工程模型相比,含超手冊損傷的工程模型挖補維修后可獲得略高的強度恢復(fù)系數(shù),損傷尺寸增大并未造成維修后結(jié)構(gòu)強度下降；挖補維修后結(jié)構(gòu)強度下降的原因相同；未使用表面貼補鋪層時的應(yīng)力分布相似；使用表面貼補鋪層后結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布及強度隨表面貼補鋪層數(shù)量變化的規(guī)律也相同。使用表面貼補鋪層可以減小修補區(qū)域的應(yīng)力梯度,提高維修質(zhì)量�？梢詫謨該p傷的復(fù)合材料泡沫夾芯結(jié)構(gòu)進行維修。使用半厚度材料作為維修鋪層,或用低模量材料作為表面貼補鋪層,都能夠減小維修區(qū)剛度梯度,提高維修后結(jié)構(gòu)強度。
【學位授予單位】：中國民用航空飛行學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V25;TB33

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