碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)加筋壁板是現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)中重要的連接結(jié)構(gòu)件之一。通常復(fù)合材料加筋壁板由蒙皮與桁條構(gòu)成,采用二次膠接、共膠接或共固化工藝制造,但其在加工制造過程中,由于存在諸多不確定因素,會使得加筋壁板結(jié)構(gòu)在界面產(chǎn)生初始缺陷,且在服役過程中,由于面外載荷的作用,會導(dǎo)致界面分層損傷的進(jìn)一步擴(kuò)展,引起結(jié)構(gòu)發(fā)生大面積脫粘,對結(jié)構(gòu)完整性構(gòu)成嚴(yán)重威脅,從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件使用壽命和極限承載能力降低。本文以碳纖維復(fù)合材料加筋壁板界面缺陷和桁條倒角為研究對象,采用實驗和數(shù)值模擬研究方法,開展了界面缺陷尺寸、位置和桁條倒角對加筋壁板結(jié)構(gòu)極限承載能力的研究,為復(fù)合材料加筋壁板在工程應(yīng)用中的損傷容限判定提供理論指導(dǎo)。首先,本文綜述了復(fù)合材料層壓板結(jié)構(gòu)破壞的損傷失效分析方法,介紹了層內(nèi)損傷和層間損傷失效分析理論,并分析了各模型的優(yōu)缺點(diǎn),為復(fù)合材料加筋壁板結(jié)構(gòu)實驗損傷現(xiàn)象分析和有限元預(yù)測結(jié)構(gòu)極限承載能力提供了理論支撐。其次,為分析界面缺陷對結(jié)構(gòu)極限承載能力的影響,并為后續(xù)有限元模擬計算提供模型數(shù)據(jù)和驗證基礎(chǔ)。本文采用實驗的方法研究了界面含缺陷加筋壁板在三點(diǎn)彎曲載荷作用下的極限承載能力。結(jié)果表明:界面缺陷降低了結(jié)構(gòu)的承載能力;結(jié)構(gòu)承載能力對界面中部含缺陷較為敏感;界面缺陷導(dǎo)致結(jié)構(gòu)起始損傷位置發(fā)生改變。再次,為研究界面不同缺陷尺寸和位置對加筋壁板結(jié)構(gòu)極限承載能力的影響。本文采用數(shù)值分析的方法,開展了不同界面缺陷尺寸和位置對結(jié)構(gòu)承載能力影響的研究,分析了結(jié)構(gòu)的損傷模式和失效機(jī)理。結(jié)果表明:本文模型的有效性得到驗證;結(jié)構(gòu)的承載能力隨界面缺陷尺寸的增大而降低;結(jié)構(gòu)承載能力對界面中部含缺陷較為敏感;界面分層是導(dǎo)致加筋壁板結(jié)構(gòu)破壞的原因;界面分層主要為剝離失效。最后,為研究桁條倒角和界面缺陷對結(jié)構(gòu)極限承載能力的影響。本文對桁條倒角為直角時的加筋壁板進(jìn)行三點(diǎn)彎曲實驗,采用有限元方法進(jìn)行驗證,在此基礎(chǔ)上建立了倒角為27°、45°和90°的有限元模型和不同倒角下界面含缺陷加筋壁板有限元模型,研究桁條倒角對結(jié)構(gòu)極限承載能力的影響。結(jié)果充分表明:建立的有限元模型計算結(jié)果與實驗結(jié)果吻合,驗證了模型的有效性;桁條倒角為45°時,結(jié)構(gòu)極限承載能力最佳;界面缺陷降低了結(jié)構(gòu)極限承載能力。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V215.52
【部分圖文】：

圖 1-1 空客 A350XWB 復(fù)合材料機(jī)翼[3]筋壁板由蒙皮和加強(qiáng)筋(如桁條、肋板、縱骨等)構(gòu)成，蒙皮膠接、共膠接或共固化工藝連接而成[4]。層壓加筋壁板類型用部件可分為尾翼和機(jī)翼壁板等；按形狀特征，可分為單曲；按結(jié)構(gòu)形式，可分為單向加筋板、柵格壁板、多腹板等；狀，可分為“T”形、“I”形、“J”形和帽形，如圖 1-2 所材料加筋板具有連接件數(shù)量少、易于整體成型、設(shè)計安裝靈結(jié)構(gòu)剛度好等優(yōu)點(diǎn)，不僅能夠承受機(jī)身中的剪切載荷和拉壓極大降低飛機(jī)的自身重量，達(dá)到輕量化的目的。

慣性矩較大扭轉(zhuǎn)剛度大結(jié)構(gòu)復(fù)雜不易成型適用于中水平的受壓穩(wěn)定性較高，可承受重載閉合剖面開敞性差內(nèi)部缺陷不易檢測用于飛機(jī)壁板形狀的加筋壁板，其應(yīng)用不盡相同。如表 1-1 所示為 T 筋板結(jié)構(gòu)的應(yīng)用比較。從表 1-1 中可以看出，不同結(jié)構(gòu)形點(diǎn)，選擇加筋壁板結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)從設(shè)計、強(qiáng)度、應(yīng)用部合評價。 可知，所有構(gòu)型的加筋壁板在其連接部位都存在共同的突面相連接的桁條末端部位(見圖 1-3)。突變區(qū)域往往由于在該突變部位形成應(yīng)力集中現(xiàn)象，且由于幾何形狀不連加筋壁板在制造成型過程中成為制造缺陷的頻發(fā)區(qū)域，度方向進(jìn)行擴(kuò)展，極易導(dǎo)致桁條與蒙皮發(fā)生脫粘破壞[6-8

當(dāng)復(fù)合材料在承受外載荷時，若是纖維與基體間界面強(qiáng)度較弱，便會導(dǎo)致圖 2-2 中的失效機(jī)理 2 纖維拔出，但纖維拔出通常發(fā)生在纖維與基體間出現(xiàn)界面剝離之后(見圖2-2中的失效機(jī)理5)。若是纖維與基體間界面強(qiáng)度足夠大，就會出現(xiàn)失效機(jī)理 3，產(chǎn)生纖維橋聯(lián)現(xiàn)象。樹脂基體由于脆性斷裂，而出現(xiàn)失效機(jī)理 4 基體裂紋。采取有限元分析方法分析復(fù)合材料結(jié)構(gòu)失效模式時，并不直接采用上述失效機(jī)理進(jìn)行模擬，通常是將失效模式劃分為六種：基體拉伸失效、基體壓縮失效、纖維壓縮失效、纖維拉伸失效、纖維-基體剪切失效和分層失效。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳念眾,張圣坤,孫海虹;復(fù)合材料帽形加筋板極限承載能力[J];玻璃鋼/復(fù)合材料;2001年03期

2 嚴(yán)圣友;;30m部分預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁極限承載能力試驗研究[J];公路工程;2012年01期

3 杜大華;吳靜杰;段捷;;液體火箭發(fā)動機(jī)推力室極限承載能力研究[J];火箭推進(jìn);2010年05期

4 錢令希,周承倜,云大真;錐筒結(jié)合殼極限承載能力的實驗和計算[J];大連工學(xué)院學(xué)刊;1964年01期

5 陳濤;;鋼-混凝土組合梁極限承載能力分析[J];住宅與房地產(chǎn);2018年07期

6 錢令希;關(guān)于殼體的極限承載能力[J];力學(xué)學(xué)報;1962年02期

7 何懋華;孫樹民;;南海固定式平臺極限承載能力分析[J];船海工程;2013年05期

8 曾水蓮;;試樁極限承載能力的估算[J];建筑結(jié)構(gòu);1987年04期

9 周新剛;;求解地基極限承載能力的新方法[J];工程勘察;1995年05期

10 張愛鋒,萬正權(quán);船體梁扭轉(zhuǎn)極限承載能力的有限元分析[J];船舶力學(xué);2004年05期

相關(guān)會議論文 前10條

1 吳滌;李春燕;蘭軍;李科;楊智強(qiáng);;30m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁極限承載能力試驗成果分析[A];成都市“兩快兩射”快速路系統(tǒng)工程論文專輯[C];2014年

2 閻興華;劉承瑞;何淅淅;;無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁極限承載能力非線性分析[A];第五屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第二卷）[C];1996年

3 李永正;岳亞霖;吳世海;曹惠星;;核電管路支吊架極限承載能力研究[A];2007年船舶力學(xué)學(xué)術(shù)會議暨《船舶力學(xué)》創(chuàng)刊十周年紀(jì)念學(xué)術(shù)會議論文集[C];2007年

4 王正霖;簡斌;黃音;;預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁極限承載能力試驗研究[A];第十屆全國混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土學(xué)術(shù)交流會論文集[C];1998年

5 蘇權(quán)科;袁紅茵;;高強(qiáng)纖維鋼筋混凝土加固梁的極限承載能力初步研究[A];中國公路學(xué)會橋梁和結(jié)構(gòu)工程分會2004年全國橋梁學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

6 周新剛;吳江龍;;地基極限承載能力的修正解法[A];第四屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（下）[C];1995年

7 鐘聲;門里;;基于網(wǎng)絡(luò)極限承載能力的WCDMA無線資源利用率算法剖析[A];2013全國無線及移動通信學(xué)術(shù)大會論文集（上）[C];2013年

8 徐小剛;彭雄俊;施

本文編號：2831361