纖維金屬層板（fiber metal laminate,FML）同時繼承了傳統(tǒng)復合材料與金屬材料各自的優(yōu)點,并因其具有優(yōu)異的抗疲勞特性和損傷容限特性,在航空工業(yè)領域得到了廣泛的應用,成為新型航空材料。但在FML的制備過程中,由于組分材料熱膨脹系數(shù)的不匹配、樹脂基體的化學收縮以及構(gòu)件與模具之間的相互作用,在固化周期結(jié)束后會導致層板內(nèi)部產(chǎn)生復雜的殘余應力場。而對于非對稱混雜復合材料層板,內(nèi)部應力沿厚度方向不平衡并產(chǎn)生彎曲力矩,將會導致層板的翹曲和回彈變形,嚴重地影響了FML制備形狀的穩(wěn)定性。因此,準確地預報FML的固化形狀并有效地控制構(gòu)件的幾何尺寸,對于保證結(jié)構(gòu)裝配容差需求、提高構(gòu)件的質(zhì)量、降低成本具有重要的意義。為此本文結(jié)合實驗測試結(jié)果,建立了預報FML室溫下平衡構(gòu)型的分析模型,對FML在熱應力作用下的固化變形行為展開研究,準確地預測了FML固化后的形狀并給出了幾何參數(shù)對層板固化變形行為的影響規(guī)律,為混雜復合材料層板在制備過程中的構(gòu)型控制提供理論指導。針對于混雜復合材料層板結(jié)構(gòu),在固化升溫過程中金屬層與預浸料層沒有完全粘接且熱應變不協(xié)調(diào),導致其界面處存在粘接/滑移現(xiàn)象,這種界面的滑移效應... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：130 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

典型FML結(jié)構(gòu)示意圖[9,10]

第1章緒論了產(chǎn)品優(yōu)異的力學性能，減小了在實際加工過程中由于累試法帶來的人力和物力的巨大浪費，對混雜復合材料層板在航空航天領域中的發(fā)展和應用具有重要意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，針對于非對稱復合材料層板薄板結(jié)構(gòu)固化變形的研究，國內(nèi)外學者主要利用彈性理論預報其室溫下的平衡構(gòu)型[29,30]。本節(jié)將對純復合材料層板、混雜復合材料層板和復合材料層板復雜曲面結(jié)構(gòu)，在熱應力作用下的固化變形預報進行文獻綜述。另外，對復合材料層板固化變形的影響因素和模具補償技術進行現(xiàn)狀調(diào)研和分析總結(jié)。1.2.1純復合材料層板固化變形預報早在1981年，Hyer[31]制備了一系列較薄的非對稱正交鋪設復合材料層板，這些非對稱復合材料層板在室溫下的穩(wěn)定構(gòu)型為圓柱形，而不是經(jīng)典層合板理論所預報的馬鞍形，如圖1-2所示。當層板的厚度達到一定數(shù)值時，室溫下的穩(wěn)定構(gòu)型符合經(jīng)典層合板理論的預報結(jié)果，然而Hyer對于薄板這種反常的固化變形現(xiàn)象產(chǎn)生濃厚的興趣并展開研究。圖1-2非對稱正交鋪設復合材料層板在室溫下的平衡構(gòu)型:(a)一種穩(wěn)定的圓柱形，(b)另一種穩(wěn)定的圓柱形，(c)不穩(wěn)定的馬鞍形[31]Fig.1-2Curedshapesofunsymmetriccross-plylaminatesatroom-temperature:(a)onestablecylindricalshape,(b)theotherstablecylindricalshape,(c)unstablesaddleshape[31]-3-

哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文經(jīng)過深入的研究，Hyer[32,33]建立了一套理論模型來預報非對稱復合材料層板室溫下的平衡構(gòu)型，并成功地解釋了他所觀察到的薄板的反�，F(xiàn)象。Hyer提出的理論模型基于經(jīng)典層合板理論，并在應變-位移關系中引入馮卡門非線性項，再利用Rayleigh-Ritz法將總體勢能最小化，找到勢能駐點的位置，通過牛頓-拉夫遜迭代可以求得非對稱復合材料層板固化之后的應變場和位移場，從而確定層板在室溫下的平衡構(gòu)型。圖1-3給出了非對稱復合材料層板固化變形之后內(nèi)部的總體勢能隨變形量的關系，圖中的兩個局部勢能阱即對應平板結(jié)構(gòu)的層合板在室溫下的兩種穩(wěn)定的平衡構(gòu)型，這兩種穩(wěn)定的圓柱形構(gòu)型可以通過施加載荷而相互轉(zhuǎn)換。圖1-3層板內(nèi)部總體勢能隨變形量的關系Fig.1-3Therelationshipbetweenthetotalpotentialenergyinsidethelaminateandthede-formation通過Hyer的理論模型預報，非對稱復合材料層板固化后的形狀與層板的幾何尺寸和厚度有關，其室溫下的穩(wěn)定構(gòu)型可能是單一的馬鞍形，也可能是兩個可以相互轉(zhuǎn)換的圓柱形。同時，Hyer的理論模型還預測了非對稱復合材料層板x和y方向的曲率，隨層板幾何尺寸和厚度變化的分叉現(xiàn)象，如圖1-4所示。圖1-4非對稱正交鋪設層板的穩(wěn)定構(gòu)型隨邊長/厚度變化的曲線(B為臨界分叉點)Fig.1-4Stable(solidline)andunstable(dashedline)shapesofunsymmetriccross-plylaminatewithchangesinedgelengthandthickness(Bisthecriticalbifurcationpoint)-4-

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]雙穩(wěn)定復合材料層板的構(gòu)型分析及其動力學特性研究[D]. 李昊.哈爾濱工業(yè)大學 2015
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[3]復合材料構(gòu)件熱壓罐成型工裝設計關鍵技術研究[D]. 李桂東.南京航空航天大學 2010
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碩士論文
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[2]復合材料熱固化變形與補償技術研究[D]. 徐晶.沈陽航空航天大學 2013
[3]纖維金屬層板的制備及力學性能研究[D]. 王時玉.哈爾濱工業(yè)大學 2012
[4]基于有限元模擬的復合材料構(gòu)件熱壓罐成型工藝研究[D]. 張吉.南京航空航天大學 2012
[5]復合材料構(gòu)件固化成型的變形預測與補償[D]. 陳曉靜.南京航空航天大學 2011



本文編號：3581099