双面胶接修补CFRP层合板结构抗冲击性能的影响因素研究

摘要

碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称CFRP）以其优良的性能被广泛应用于航空航天领域。由于复合材料在低速冲击下会产生肉眼不可见的损伤，所以需要对其损伤部位进行修补，常见的修补方法以胶接修补为主。胶接修补中贴补修补简单有效，本文针对双面胶接贴补修补CFRP层合板结构，通过试验和数值分析的方法，研究了补片参数对修补结构抗冲击性能的影响，并对补片进行了优化以使得修补结构具有更优的抗冲击性能。 首先，基于连续损伤力学和粘结单元模型并结合VUMAT用户材料子程序构建了双面胶接修补CFRP层合板低速冲击三维有限元模型。然后，搭建了CFRP层合板低速冲击试验平台，讨论了试验力曲线以及冲击能量曲线的获得并通过试验验证了双面胶接修补CFRP层合板低速冲击有限元模型的正确性。 其次，分别研究了单一补片参数（包括补片形状、补片大小、补片厚度以及补片偏转角）对修补结构抗冲击性能的影响，通过提取的层合板分层面积的大小以及吸收能量的多少来衡量修补结构抗冲击性能的优劣，研究结果表明：圆形补片修补结构具有较好的抗冲击性能；补片半径为2.5r时，修补结构吸收的能量和分层面积都较低；补片厚度为0.45mm，或者补片偏转角为0度时，修补结构表现出较好的抗冲击性能。 最后，基于DOE（Design of Experiment，简称DOE）和Diffuse Approximation方法创建代理模型，通过优化分析，确定了在同时考虑补片厚度、补片半径和补片偏转角的情况下的最佳补片参数组合。优化结果表明：在同时考虑多个补片参数情况下，修补结构在补片半径为10.50mm、补片厚度为0.44mm以及补片偏转角为28.42°时具有最优抗冲击性能。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 复合材料抗冲击性能研究现状

1.3 复合材料胶接修补结构研究现状

1.4 复合材料结构优化研究现状

1.5 本文的研究内容

2双面胶接修补CFRP层合板有限元模型的建立

2.1 引言

2.2 CFRP层合板损伤理论

2.2.1 CFRP层合板结构特点

2.2.2 CFRP层合板层内损伤失效准则

2.2.3 CFRP层合板材料性能的渐进退化

2.2.4 CFRP层合板层间损伤失效准则

2.3 ABAQUS有限元软件用户自定义材料子程序

2.4双面胶接修补CFRP层合板有限元模型的建立

2.5小结

3双面胶接修补CFRP层合板结构低速冲击有限元模型试验验证

3.1引言

3.2低速冲击试验

3.2.1试件准备

3.2.2 CFRP层合板低速冲击试验平台构建

3.2.3试验过程

3.2.4低速冲击试验数据处理

3.3双面胶接修补CFRP层合板结构低速冲击有限元模型

3.4低速冲击有限元模型的试验验证

3.5 小结

4不同补片参数下双面胶接修补层合板结构抗冲击性能的研究

4.1引言

4.2补片参数对双面胶接修补CFRP层合板结构抗冲击性能的影响

4.2.1 CFRP层合板无修补结构的低速冲击仿真结果

4.2.2 补片形状对双面胶接修补CFRP层合板结构抗冲击性能的影响

4.2.3 补片大小对双面胶接修补CFRP层合板结构抗冲击性能的影响

4.2.4 补片厚度对双面胶接修补CFRP层合板结构抗冲击性能的影响

4.2.5 补片偏转角对双面胶接修补CFRP层合板结构抗冲击性能的影响

4.3 小结

5 基于代理模型的修补结构补片参数的设计优化

5.1 引言

5.2基于DOE和Diffuse Approximation方法构建代理模型

5.3 补片参数设计优化

5.4优化修补结构抗冲击性能的验证

5.5 小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 主要创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果