常温固化胶黏剂在直升机用复合材料修理中的应用

摘要

本论文对铺层结构为[45/0/0/45]、[45/0/45/0/45]、[45/0/45/0/45/0/45]的三种碳纤维增强复合材料层合板的表面划伤和内部分层制定了修理方案：表面划伤采用常温贴补修理，内部分层采用常温挖补修理。修理采用了两种常温固化胶黏剂：进口的EI和国产的JI。
　　本文采用Patran/Nastran建立复合材料层合板的有限元模型，根据最大应力准则和Tsai-Wu失效准则，对完好试验件和修补后试验件进行模拟并计算强度。结果表明：采用两种胶黏剂对三种铺层结构的拉伸模型进行贴补修理，对比相同铺层结构的剩余强度，EI的修理效果(复合板剩余强度86.67％，85.59%，83.16%)比JI的修理效果(复合板剩余强度85.68%，84.67%，80.25%)要好，两种胶黏剂修理的复合层压板剩余强度均大于80%，满足修理要求；采用EI和JI对三种铺层结构的压缩模型进行挖补修理，四层铺层结构的剩余强度分别为61.18%和61.45%，均小于80%，不满足修理要求，对于五层和七层结构，EI的修理效果(84.77%和88.03%)好于JI的修理效果(81.46%和87.19%)，且剩余强度均在80%以上，满足修理要求；采用两种胶黏剂对三种铺层结构的剪切模型进行挖补修理，EI修补后剩余强度分别为81.57%，81.65%，81.77%，在80%以上，满足修理要求，JI修补后剩余强度分别为77.87%，77.93%，79.44%，小于80%，不满足修理要求。
　　按照制定的方案进行试验件的制作和修理。通过红外分析测试EI和JI两种胶黏剂的主要官能团，推测固化时主要化学反应。对修补后的试验件进行力学测试（拉伸、压缩和剪切）。测得的强度与有限元计算值的偏差在10%以内，说明有限元模拟计算对于工程实践具有指导意义。
　　对两种胶黏剂修理的试验件的断口进行电镜扫描观察，判断其失效模式并研究微观断裂机理。本文的研究工作为飞机的快速常温修理提供了一定的理论依据。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1研究背景

1.2复合材料修理

1.3常温胶接修理的研究现状

1.4 论文研究意义与主要研究内容

第2章 复合材料强度理论知识

2.1 引言

2.2 复合材料力学基础

2.3 复合材料单层板的强度理论

2.4 失效分析

2.5 本章小结

第3章 复合材料层合板有限元模拟

3.1 引言

3.2 参数的选择

3.3 复合材料层合板有限元模型的建立

3.4 有限元模型的强度计算

3.5 小结

第4章 复合材料层合板修理实验结果分析

4.1 复合材料层合板的制备

4.2修补用胶黏剂的分析

4.3 力学性能测试

4.4 拉伸实验分析

4.5 压缩试验分析

4.6 剪切试验分析

4.7 小结

结论

参考文献

致谢