SR20飞机复合材料泡沫夹芯结构壁板挖补维修力学性能研究

发布时间：2017-11-14 21:13

  本文关键词：SR20飞机复合材料泡沫夹芯结构壁板挖补维修力学性能研究

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【摘要】：根据SR20飞机机身复合材料泡沫夹芯壁板结构,建立了复合材料泡沫夹芯壁板结构理论模型、工程模型的挖补维修三维有限元模型。分析了有限元模型的收敛性,给出了合理的网格划分密度。按照单元网格的雅克比值大于0.7的标准进行了单元网格划分。给出了合理的边界条件。对含手册规定最大尺寸损伤的复合材料泡沫夹芯结构理论模型、工程模型进行了应力及强度分析。给出了单向拉伸、双向拉伸、纯剪切载荷作用下完好结构和维修后结构面板各材料主方向的应力分布；基于最大应力准则给出了完好结构和维修后结构的强度。分析结果表明,维修后母板上与补片胶接的区域为结构中刚度梯度最大的区域,该区域的应力水平最高,应力极值点出现在母板上与最外层维修铺层相接触的边界附近。维修后含非穿透损伤的理论模型,二次损伤发生在维修一侧面板的最外层铺层上；含穿透损伤的理论模型,由于结构、外载荷及维修铺层的对称性,两侧面板的最外层铺层均有可能发生二次损伤。原因是最外层铺层直接与维修补片边界相接触,存在较大的几何形状突变,由维修区域刚度增大所引起的应力集中最严重。维修后含非穿透和穿透损伤的工程模型,二次损伤均发生在夹芯结构外侧无几何转折面板的最外层铺层上。这是由于工程模型中外侧面板为平面结构,能够很好地传递结构边界上的切向力,起主要承载作用；同时面板最外层铺层与维修补片边界直接接触,应力集中最严重。含非穿透损伤的工程模型,单向拉伸载荷下的强度恢复率为88.63%,双向拉伸载荷下的强度恢复率为96.55%,纯剪切载荷下的强度恢复率为92.98%;含穿透损伤的工程模型,单向拉伸载荷下的强度恢复率为86.67%,双向拉伸载荷下的强度恢复率为96.00%,纯剪切载荷下的强度恢复率为91.58%。挖补维修后会引起维修区域结构刚度发生变化,结构刚度变化所造成的应力集中是维修后结构强度下降的主要原因。损伤类型不是维修后结构强度的决定性因素。维修后结构强度随表面贴补铺层数量的增多而降低。但在维修过程中使用表面贴补铺层可以减小修补区域的应力梯度,提高维修搭接区域的抗剥离性能,使用1到2层表面贴补铺层降低维修区域应力梯度、提高维修质量的效果最佳。对含超出维修手册规定最大尺寸20%和50%损伤的复合材料泡沫夹芯结构工程模型进行了应力和强度分析。挖补维修后,含超出手册规定尺寸的非穿透和穿透损伤的工程模型,其二次损伤均发生在夹芯结构外侧无几何转折面板的最外层铺层上,损伤模式、应力极值点位置均与含手册规定最大尺寸损伤的工程模型相同。含超出维修手册规定最大尺寸20%非穿透损伤的工程模型,单向拉伸载荷下的强度恢复率为89.45%,双向拉伸载荷下的强度恢复率为96.55%,纯剪切载荷下的强度恢复率为94.43%；含穿透损伤的工程模型,单向拉伸载荷下的强度恢复率为88.23%,双向拉伸载荷下的强度恢复率为96.27%,纯剪切载荷下的强度恢复率为92.04%。含超出维修手册规定最大尺寸50%非穿透损伤的工程模型,单向拉伸载荷下的强度恢复率为90.28%,双向拉伸载荷下的强度恢复率为96.83%,纯剪切载荷下的强度恢复率为94.43%；含穿透损伤的工程模型,单向拉伸载荷下的强度恢复率为88.23%,双向拉伸载荷下的强度恢复率为96.55%,纯剪切载荷下的强度恢复率为92.98%。与含手册规定最大尺寸损伤的工程模型相比,含超手册损伤的工程模型挖补维修后可获得略高的强度恢复系数,损伤尺寸增大并未造成维修后结构强度下降；挖补维修后结构强度下降的原因相同；未使用表面贴补铺层时的应力分布相似；使用表面贴补铺层后结构应力分布及强度随表面贴补铺层数量变化的规律也相同。使用表面贴补铺层可以减小修补区域的应力梯度,提高维修质量。可以对含超手册损伤的复合材料泡沫夹芯结构进行维修。使用半厚度材料作为维修铺层,或用低模量材料作为表面贴补铺层,都能够减小维修区刚度梯度,提高维修后结构强度。
【学位授予单位】：中国民用航空飞行学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V25;TB33

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本文编号：1187042