GLARE层板的拉伸失效行为及其温度响应
发布时间：2021-06-15 13:09
玻璃纤维/环氧树脂复合材料-铝合金层板（glass fiber/epoxy resin compositealuminum alloy laminates,GLARE）是由玻璃纤维/环氧树脂复合材料和高强度的铝合金薄板交替铺层,并利用胶接技术在一定的温度和压力下固化制备而成,兼具金属和纤维增强复合材料的优点,同时具有高比强度、良好的抗冲击性和抗疲劳裂纹扩展性能,是一种极为优异的航空材料。飞机结构件中采用的GLARE层板多需要预制各种形状和尺寸的缺孔,以实现结构部件连接以及系统结构减重。然而,这些结构在承受服役载荷作用时,缺孔边缘会产生应力集中,从而大大影响其使用性能。本文基于热模压成型工艺制备GLARE层板,结合实验和有限元仿真两种方法对含圆孔、方孔GLARE层板的拉伸性能和层板各组分失效模式进行研究。基于修正后点应力准则,对含圆孔GLARE层板剩余强度进行理论预报,结果表明该预报模型与实验数据较为吻合;通过该模型以及圆孔、方孔GLARE层板剩余强度之间的关系,提出了一种预报含方孔GLARE层板剩余强度的半经验模型。通过有限元仿真方法,对含缺孔GLARE层板的剩余强度以及复合层板各组分...
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维金属层压板结构示意图[2]
怯杀÷梁辖?和芳纶纤维预浸料交替的铺层粘接，在一定的温度与压力下固化制得。该材料具有优良的疲劳性能和较高的减重潜力，被广泛认为是一类具有较高损伤容限的材料。然而，在进一步研究其断裂机理过程中，发现芳纶纤维的压缩性能较差，并且在循环压缩应力下很容易断裂[11,12]。之后，研究人员通过改变纤维种类的方法，以获得具有更好性能的纤维金属层板材料。在1990年，研究人员尝试改进ARALL层板，用高强度玻璃纤维代替芳纶纤维，成功开发了GLARE层板（GlassFiberAluminiumLaminate）[13]，其结构如图1-2所示。图1-2GLARE层板铺层结构示意图[13]大量的飞行事故表明：大型飞机使用材料的抗疲劳、损伤容限能力及其剩余强度是尤为重要的。纤维增强金属层压板（FMLs）是一种混合复合材料，通过交替层压金属板和纤维材料并在一定温度和压力下固化制备而成，克服了单一复合材料和金属材料的缺点，其不仅具有金属材料的高比性能，韧性和可加工性，而且还具有优异的疲劳性能和耐损伤性能。这种材料已在国外成功商业化，其中以玻纤增强铝合金板（GLARE层板）应用最广，其密度较铝合金轻10%～18%，纤维桥接和纤维分层直接降低了金属层疲劳裂纹尖端处的应力场分布，使其疲劳寿命比铝合金长10至100倍，造价为目前使用的先进材料的1/3左右[14,15]。它的优势与新一代大型飞机材料的需求非常匹配，这在国内外大飞机装配制造商的注意与重视，并且在高速列车、汽车制造等领域的蒙皮结构、壁板等覆盖结构上具有广阔的应用空间[16,17]。我国对纤维金属层板材料的相关研究起步较晚，从2006年，我国将“研制大飞机”作为国家决策写入科技发展规划和纲要中，2007年国务院批准大型飞机研制重大科技专项正式立项；再到国产军用大型运输机运-20开始正式
第1章绪论4表1-1GLARE层板标准型号[2]型号子分类金属层纤维层型号厚度（mm）方向GLARE1-7475-T760.3-0.40/0GLARE2A2024-T30.2-0.50/0B90/90GLARE3-2024-T30.2-0.50/90GLARE4A2024-T30.2-0.50/90/0B90/0/90GLARE5-2024-T30.2-0.50/90/90/0GLARE6A2024-T30.2-0.5±45B45在实际应用之前，对GLARE层板的研究时间已有二十年，并且现仍在不断的研究中，这表明了它们的重要性。凭借着出色的抗冲击性，在航空航天领域中，正被研究用来做驾驶舱顶部、前舱壁、机翼前缘和其他部件，并且GLARE层板的阻燃性使其适用于易燃区域，如防火墙、货运客机等部位[23]。而今GLARE层板已在欧洲A380和波音777等型号大飞机的机身拱顶、垂尾、整流罩以及整流板等部件被普遍采用，实现了提高飞机安全性和大幅度减轻结构重量的目的[24]。如图1-3所示为A380飞机机身拱顶。图1-3A380飞机机身GLARE层板拱顶[24]我国航空业的发展起步较晚。在2002年首届中国航空航天论坛上，许多专家分析了中国航空业特别是民用飞机制造业的发展历史和现状，指出我国民用飞机制造业已经与世界知名的制造商合作，但并没有取得明显的进步，其水平远远落后于欧美发达国家[25]。从2006大型民用客机研制项目经国务院批准立项，到2017年国产大型客机C919成功首飞，这表明我国已经掌握了民航业相当多
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度对Ti/Cf/PMR超混杂层板力学性能的影响研究[J]. 陈凯,胡玉冰,刘成,符学龙,范敏郁,陶杰. 机械制造与自动化. 2017(06)
[2]纤维金属层板的静力学性能测试与预测模型[J]. 佟安时,谢里阳,白恩军,白鑫,张诗健,王博文. 航空学报. 2017(11)
[3]纤维铝合金层板的研究进展[J]. 郑兴伟,何雪婷,刘红兵,孙中刚. 材料导报. 2013(S1)
[4]GLARE层板性能研究进展[J]. 陈琪,关志东,黎增山. 科技导报. 2013(07)
[5]纤维金属层板在飞机制造中的应用及工艺性分析[J]. 吴志恩. 航空制造技术. 2013(Z1)
[6]大飞机用Glare层板的性能综合评价研究[J]. 王世明,吴中庆,张振军,关天茹,陈照峰. 材料导报. 2010(17)
[7]飞机温度环境适应性要求分析和确定技术探讨[J]. 李尧. 装备环境工程. 2008(06)
[8]先进复合材料与航空航天[J]. 杜善义. 复合材料学报. 2007(01)
[9]玻璃纤维-铝合金层板的拉伸和疲劳性能研究[J]. 马宏毅,李小刚,李宏运. 材料工程. 2006(07)
[10]纤维金属层板及其在飞机结构中的应用[J]. 曹增强. 航空制造技术. 2006(06)
本文编号：3231112
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维金属层压板结构示意图[2]
怯杀÷梁辖?和芳纶纤维预浸料交替的铺层粘接，在一定的温度与压力下固化制得。该材料具有优良的疲劳性能和较高的减重潜力，被广泛认为是一类具有较高损伤容限的材料。然而，在进一步研究其断裂机理过程中，发现芳纶纤维的压缩性能较差，并且在循环压缩应力下很容易断裂[11,12]。之后，研究人员通过改变纤维种类的方法，以获得具有更好性能的纤维金属层板材料。在1990年，研究人员尝试改进ARALL层板，用高强度玻璃纤维代替芳纶纤维，成功开发了GLARE层板（GlassFiberAluminiumLaminate）[13]，其结构如图1-2所示。图1-2GLARE层板铺层结构示意图[13]大量的飞行事故表明：大型飞机使用材料的抗疲劳、损伤容限能力及其剩余强度是尤为重要的。纤维增强金属层压板（FMLs）是一种混合复合材料，通过交替层压金属板和纤维材料并在一定温度和压力下固化制备而成，克服了单一复合材料和金属材料的缺点，其不仅具有金属材料的高比性能，韧性和可加工性，而且还具有优异的疲劳性能和耐损伤性能。这种材料已在国外成功商业化，其中以玻纤增强铝合金板（GLARE层板）应用最广，其密度较铝合金轻10%～18%，纤维桥接和纤维分层直接降低了金属层疲劳裂纹尖端处的应力场分布，使其疲劳寿命比铝合金长10至100倍，造价为目前使用的先进材料的1/3左右[14,15]。它的优势与新一代大型飞机材料的需求非常匹配，这在国内外大飞机装配制造商的注意与重视，并且在高速列车、汽车制造等领域的蒙皮结构、壁板等覆盖结构上具有广阔的应用空间[16,17]。我国对纤维金属层板材料的相关研究起步较晚，从2006年，我国将“研制大飞机”作为国家决策写入科技发展规划和纲要中，2007年国务院批准大型飞机研制重大科技专项正式立项；再到国产军用大型运输机运-20开始正式
第1章绪论4表1-1GLARE层板标准型号[2]型号子分类金属层纤维层型号厚度（mm）方向GLARE1-7475-T760.3-0.40/0GLARE2A2024-T30.2-0.50/0B90/90GLARE3-2024-T30.2-0.50/90GLARE4A2024-T30.2-0.50/90/0B90/0/90GLARE5-2024-T30.2-0.50/90/90/0GLARE6A2024-T30.2-0.5±45B45在实际应用之前，对GLARE层板的研究时间已有二十年，并且现仍在不断的研究中，这表明了它们的重要性。凭借着出色的抗冲击性，在航空航天领域中，正被研究用来做驾驶舱顶部、前舱壁、机翼前缘和其他部件，并且GLARE层板的阻燃性使其适用于易燃区域，如防火墙、货运客机等部位[23]。而今GLARE层板已在欧洲A380和波音777等型号大飞机的机身拱顶、垂尾、整流罩以及整流板等部件被普遍采用，实现了提高飞机安全性和大幅度减轻结构重量的目的[24]。如图1-3所示为A380飞机机身拱顶。图1-3A380飞机机身GLARE层板拱顶[24]我国航空业的发展起步较晚。在2002年首届中国航空航天论坛上，许多专家分析了中国航空业特别是民用飞机制造业的发展历史和现状，指出我国民用飞机制造业已经与世界知名的制造商合作，但并没有取得明显的进步，其水平远远落后于欧美发达国家[25]。从2006大型民用客机研制项目经国务院批准立项，到2017年国产大型客机C919成功首飞，这表明我国已经掌握了民航业相当多
【参考文献】：
期刊论文
[1]温度对Ti/Cf/PMR超混杂层板力学性能的影响研究[J]. 陈凯,胡玉冰,刘成,符学龙,范敏郁,陶杰. 机械制造与自动化. 2017(06)
[2]纤维金属层板的静力学性能测试与预测模型[J]. 佟安时,谢里阳,白恩军,白鑫,张诗健,王博文. 航空学报. 2017(11)
[3]纤维铝合金层板的研究进展[J]. 郑兴伟,何雪婷,刘红兵,孙中刚. 材料导报. 2013(S1)
[4]GLARE层板性能研究进展[J]. 陈琪,关志东,黎增山. 科技导报. 2013(07)
[5]纤维金属层板在飞机制造中的应用及工艺性分析[J]. 吴志恩. 航空制造技术. 2013(Z1)
[6]大飞机用Glare层板的性能综合评价研究[J]. 王世明,吴中庆,张振军,关天茹,陈照峰. 材料导报. 2010(17)
[7]飞机温度环境适应性要求分析和确定技术探讨[J]. 李尧. 装备环境工程. 2008(06)
[8]先进复合材料与航空航天[J]. 杜善义. 复合材料学报. 2007(01)
[9]玻璃纤维-铝合金层板的拉伸和疲劳性能研究[J]. 马宏毅,李小刚,李宏运. 材料工程. 2006(07)
[10]纤维金属层板及其在飞机结构中的应用[J]. 曹增强. 航空制造技术. 2006(06)
本文编号：3231112
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