复合材料胶铆混合修理力学特性实验研究

发布时间：2020-09-21 10:43

　　随着技术的发展,复合材料越来越高比例的应用在飞机结构中。复合材料损伤不可避免的出现,对复合材料机身维修技术进行更进一步的研究变得意义重大。目前,关于胶铆混合修理结构的研究较少,且现存的绝大多数研究局限在有限元仿真与理论解析,对胶铆混合修理结构的实际失效模式、破坏部位、修理效果以及危险部位、破坏原因还不清楚。因此,本文针对复合材料飞机蒙皮,设计、制作、并完成了胶铆混合修理试验件的单轴拉伸实验,并运用ANSYS有限元仿真软件中的APDL命令流建立三维有限元仿真模型,进行了数值解析计算。通过科学实验研究与有限元仿真辅助分析相结合的方式,研究了不同修理方式以及不同损伤尺寸对修理结构件拉伸性能的影响。具体内容如下:(1)设计、制作了无损板、60mm与30mm损伤孔径的胶接修理板和胶铆混合修理板五组试验件,并在单轴拉伸载荷下完成了实验。(2)对比分析无损板试验件、60mm与30mm损伤孔径胶接修理试验件和胶铆混合修理试验件的失效强度、失效模式、断口损伤形貌,结果表明:胶铆混合修理方式的修理效果优于胶接修理的修理效果,胶铆混合修理的破坏模式为最外侧铆钉孔处断裂、胶接修理的破坏模式为母板中部断裂,不同修理方式下试验件断口损伤形貌相同,60mm与30mm损伤孔径关于胶铆混合修理试验件影响的差别不太明显。(3)以五组试验件为基础,建立三维有限元模型,并完成了仿真数值计算。对比分析无损板模型、60mm与30mm损伤孔径胶接修理板模型和胶铆混合修理板模型中母板、补片、胶层的应力云图和应力值,得出胶铆混合修理结构破坏最有可能出现的位置以及发生破坏的影响因素是应力集中;60mm和30mm损伤孔径胶铆混合修理模型的应力分布和危险部位相同。通过拟合胶铆混合修理模型中母板应力与损伤孔径的关系曲线,分析了损伤孔径大小与胶铆混合修理方式下修理效果的关系;孔径对修理效果的影响较小,要求不太严格时,可以忽略损伤孔大小的影响。
【学位单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V267
【部分图文】：

飞机结构,使用量,复合材料

人们就开始使用具有代表性的玻纤/环氧复合材料，在当就得到了大量的应用。但是，由于玻纤/环氧复合材料具有比刚其应用于飞机构件以及主承力结构上。直到 1960 年左右，碳纤进复合材料开始出现并被大量使用在飞机机体结构上，如 T30T300/913C 等。而这些复合材料中的碳纤维复合材料由于具有制造优点，从而成为了人们的宠儿，得到大量的应用。这些复合材料性能，可同时具有韧性差的缺点。直至 80 年代中期，一些中等纤维复合材料（IM6，T800，IM7 等）开始进入大批量生产时代机体结构以及零部件上的应用可以大大减轻机体的重量，提升飞飞行效率，降低运营成本，产生巨大的经济效益，从而使得先进的应用越来越多。在飞机制造时，世界各大飞机制造厂商都大大结构中的使用量，复合材料和铝合金、钛合金、钢类材料一起成材料。

缺口敏感性,环氧树脂,缺口敏感,各向异性复合材料

各向异性复合材料的缺口敏感性较大。图1-2 显示了碳/环氧复合材料和铝金属的缺口敏感度的比较。图中，随着开孔直径的增大，复合材料的强度比金属的强度越来越低，故复合材料的缺口敏感性比金属材料的缺口敏

混合连接,铆钉,断裂失效

6）卸掉加热单元等固化仪器；7）完成损伤处的胶接后，在修理件上进行开孔；8）将铆钉穿过（7）中以制作好的钉孔，使复合材料补片与蒙皮母板接合9）对修补区域进行外表修整；10）检查修理部位的质量，修理结果需符合相关的修理标准。胶铆混合修理失效形式合材料胶铆混合连接接头用于连接紧固的铆钉可能为单钉，也可能为多钉求而定。复合材料胶铆混合连接接头混的失效部位可能为铆钉断裂失效、者为被连接板的断裂失效。而对于复合材料胶铆混合修理结构，铆钉数量铆钉，单一铆钉无法使补片覆盖损伤孔，并且，无论复合材料补片、铆钉否，最终的失效部位都只能是母板断裂失效。当复合材料的承受载荷超过极现各种各样的破坏形式。

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