复合材料胶接修补结构疲劳性能分析和试验研究

摘要

用于航空航天的复合材料结构在工况中会产生大量的腐蚀和冲击，而复合材料胶接修补技术因其增重小、可设计性强、无二次应力集中源等优点而广泛应用于该领域。复合材料结构在实际工作中受到静载和疲劳载荷的影响，因此开展复合材料胶接修补结构疲劳破坏规律的研究，具有重要的意义，本文针对铺层方式为[45/0/-45/90]3s的T300/7901复合材料层合板，对复合材料胶接修补结构的静强度失效、疲劳剩余强度和疲劳寿命进行了研究。 首先，为研究T300/7901复合材料胶接贴补方法在静载下的修补性能，以三维逐渐损伤理论为基础，创建了有限元模型，利用 APDL 语言实现对胶接修补结构在静拉伸载荷作用下的最终失效载荷的预测分析；通过相关试验，分析了补片形状、补片尺寸以及胶层厚度对复合材料胶接修补结构的静载强度的影响。 其次，为研究室温下复合材料胶接修补结构的疲劳行为，基于三维疲劳失效准则，对试件进行了剩余强度的预测，开展了疲劳对比试验，并利用 X 光机对胶接修补结构最终损伤模式及损伤范围进行了检测；分析了修补结构在不同应力水平下分别进行不同循环次数的疲劳损伤图以及在疲劳加载过程中基体开裂、分层、脱胶损伤的扩展情况。 最后，选择三种应力水平对试件进行了拉-拉疲劳试验，得到了复合材料结构的S-N 曲线；进行了两级载荷下复合材料板的疲劳剩余强度和疲劳剩余寿命的试验，分析了破坏试样的疲劳损伤扩展规律，结果表明从低到高应力水平加载时，复合材料板的损伤更大。

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