复合材料单面胶接修补参数对结构低速冲击性能的影响研究

摘要

碳纤维增强树脂基复合材料因其优良的性能，被越来越广泛地应用在工程中。由于复合材料中通常会存在一些微小面积的损伤，需要对其进行修补，胶接修补是其中广泛应用的方法之一;又由于在使用过程中复合材料极易受到低速冲击，对结构承载力影响较大，所以本文对单面胶接修补结构进行了损伤处理以及低速冲击损伤的研究。
　　首先搭建了落锤冲击试验系统，开展了损伤处理方法对层合板结构抗冲击性能的影响研究。冲击试验结果表明当初始冲击能量相同时，水射流切孔试件的吸收能量最大，背部损伤也最大;水射流切孔试件的分层面积略大于钻孔试件，但水射流切孔试件的断裂面积和基体开裂面积略小于钻孔试件;水射流切孔板试件的平均损伤面积为1386.5mm2，比钻孔板试件的损伤面积大6.9％。
　　其次，基于ABAQUS平台编辑了用户自定义材料子程序，考虑了层内损伤判定准则以及确定了分层损伤和胶层损伤的判定理论模型，建立了复合材料单面胶接修补结构的三维有限元模型。讨论了低速冲击载荷作用下，不同补片参数对修补结构冲击损伤程度的影响，从冲击载荷作用下复合材料内部分层面积、吸收能量等参数来衡量结构的修补效果。结果表明:当补片面积相同时，圆形补片的修补结构分层面积最小，冲击损伤程度最小，修补效果最好;在一定范围内增大补片的直径可以增强修补效果，但是增长到一定大小后，修补效果不再有明显的增强;增加补片层数可以增强修补效果;修补位置的不同对修补效果的影响和损伤孔的位置有关。
　　最后，在搭建的落锤冲击试验平台上对补片大小以及补片形状对单面胶接修补结构的影响进行了试验验证，验证了仿真计算的正确性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 复合材料低速冲击研究现状

1．3 复合材料胶接修补结构研究现状

1．4 本文的研究内容

2 复合材料低速冲击损伤理论

2．1 复合材料层合板结构特点

2．2 复合材料层合板损伤失效准则

2．3 材料的性能退化

2．4 分层以及胶层损伤

2．5 用户自定义材料子程序

2．6 小结

3 复合材料层合板低速冲击试验平台搭建及损伤处理研究

3．1 低速冲击试验平台搭建

3．2．1 前言

3．2．2 复合材料层合板参数及测量仪器

3．2．3 孔质量测量

3．2．4 低速冲击试验结果分析

3．3 小结

4 复合材料单面胶接修补结构低速冲击仿真研究

4．1 单面胶接修补结构低速冲击有限元模型建立及试验验证

4．2 补片参数对单面胶接修补结构低速冲击的影响

4．2．1 未修补结构的低速冲击仿真模拟

4．2．2 补片形状对单面胶接修补结构低速冲击的影响

4．2．3 补片大小对单面胶接修补结构低速冲击的影响

4．2．4 补片厚度对单面胶接修补结构低速冲击的影响

4．3 修补位置对单面胶接修补结构低速冲击的影响

4．4 小结

5 复合材料单面胶接修补结构低速冲击试验验证

5．1 补片形状对单面胶接修补结构低速冲击的影响试验验证

5．2 补片大小对单面胶接修补结构低速冲击的影响试验验证

5．3 小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 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