纖維金屬層板（fiber metal laminate,FML）同時(shí)繼承了傳統(tǒng)復(fù)合材料與金屬材料各自的優(yōu)點(diǎn),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(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,成為新型航空材料。但在FML的制備過(guò)程中,由于組分材料熱膨脹系數(shù)的不匹配、樹(shù)脂基體的化學(xué)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(huì)導(dǎo)致層板內(nèi)部產(chǎn)生復(fù)雜的殘余應(yīng)力場(chǎng)。而對(duì)于非對(duì)稱混雜復(fù)合材料層板,內(nèi)部應(yīng)力沿厚度方向不平衡并產(chǎn)生彎曲力矩,將會(huì)導(dǎo)致層板的翹曲和回彈變形,嚴(yán)重地影響了FML制備形狀的穩(wěn)定性。因此,準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)FML的固化形狀并有效地控制構(gòu)件的幾何尺寸,對(duì)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(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果,建立了預(yù)報(bào)FML室溫下平衡構(gòu)型的分析模型,對(duì)FML在熱應(yīng)力作用下的固化變形行為展開(kāi)研究,準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了FML固化后的形狀并給出了幾何參數(shù)對(duì)層板固化變形行為的影響規(guī)律,為混雜復(fù)合材料層板在制備過(guò)程中的構(gòu)型控制提供理論指導(dǎo)。針對(duì)于混雜復(fù)合材料層板結(jié)構(gòu),在固化升溫過(guò)程中金屬層與預(yù)浸料層沒(méi)有完全粘接且熱應(yīng)變不協(xié)調(diào),導(dǎo)致其界面處存在粘接/滑移現(xiàn)象,這種界面的滑移效應(yīng)... 

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

【文章頁(yè)數(shù)】：130 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(xué)性能，減小了在實(shí)際加工過(guò)程中由于累試法帶來(lái)的人力和物力的巨大浪費(fèi)，對(duì)混雜復(fù)合材料層板在航空航天領(lǐng)域中的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，針對(duì)于非對(duì)稱復(fù)合材料層板薄板結(jié)構(gòu)固化變形的研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要利用彈性理論預(yù)報(bào)其室溫下的平衡構(gòu)型[29,30]。本節(jié)將對(duì)純復(fù)合材料層板、混雜復(fù)合材料層板和復(fù)合材料層板復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)，在熱應(yīng)力作用下的固化變形預(yù)報(bào)進(jìn)行文獻(xiàn)綜述。另外，對(duì)復(fù)合材料層板固化變形的影響因素和模具補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)研和分析總結(jié)。1.2.1純復(fù)合材料層板固化變形預(yù)報(bào)早在1981年，Hyer[31]制備了一系列較薄的非對(duì)稱正交鋪設(shè)復(fù)合材料層板，這些非對(duì)稱復(fù)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(yù)報(bào)的馬鞍形，如圖1-2所示。當(dāng)層板的厚度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，室溫下的穩(wěn)定構(gòu)型符合經(jīng)典層合板理論的預(yù)報(bào)結(jié)果，然而Hyer對(duì)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(kāi)研究。圖1-2非對(duì)稱正交鋪設(shè)復(fù)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(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文經(jīng)過(guò)深入的研究，Hyer[32,33]建立了一套理論模型來(lái)預(yù)報(bào)非對(duì)稱復(fù)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(yīng)變-位移關(guān)系中引入馮卡門非線性項(xiàng)，再利用Rayleigh-Ritz法將總體勢(shì)能最小化，找到勢(shì)能駐點(diǎn)的位置，通過(guò)牛頓-拉夫遜迭代可以求得非對(duì)稱復(fù)合材料層板固化之后的應(yīng)變場(chǎng)和位移場(chǎng)，從而確定層板在室溫下的平衡構(gòu)型。圖1-3給出了非對(duì)稱復(fù)合材料層板固化變形之后內(nèi)部的總體勢(shì)能隨變形量的關(guān)系，圖中的兩個(gè)局部勢(shì)能阱即對(duì)應(yīng)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(guò)施加載荷而相互轉(zhuǎn)換。圖1-3層板內(nèi)部總體勢(shì)能隨變形量的關(guān)系Fig.1-3Therelationshipbetweenthetotalpotentialenergyinsidethelaminateandthede-formation通過(guò)Hyer的理論模型預(yù)報(bào)，非對(duì)稱復(fù)合材料層板固化后的形狀與層板的幾何尺寸和厚度有關(guān)，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(gè)可以相互轉(zhuǎn)換的圓柱形。同時(shí)，Hyer的理論模型還預(yù)測(cè)了非對(duì)稱復(fù)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(duì)稱正交鋪設(shè)層板的穩(wěn)定構(gòu)型隨邊長(zhǎng)/厚度變化的曲線(B為臨界分叉點(diǎn))Fig.1-4Stable(solidline)andunstable(dashedline)shapesofunsymmetriccross-plylaminatewithchangesinedgelengthandthickness(Bisthecriticalbifurcationpoint)-4-

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料固化變形和殘余應(yīng)力數(shù)值模擬研究綜述[J]. 丁安心,李書(shū)欣,倪愛(ài)清,王繼輝.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2017(03)
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博士論文
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碩士論文
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[2]復(fù)合材料熱固化變形與補(bǔ)償技術(shù)研究[D]. 徐晶.沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 2013
[3]纖維金屬層板的制備及力學(xué)性能研究[D]. 王時(shí)玉.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012
[4]基于有限元模擬的復(fù)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(xué) 2012
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