直升机用复合材料典型构件缺陷修理技术研究

摘要

本论文针对[45/0/0/45]、[45/0/45/0/45]和[45/0/45/0/45/0/45]三种典型铺层形式复合材料层合板的划伤损伤和分层损伤制定修理方案，分别应用贴补、挖补和抽钉的方法对损伤结构进行修理，其中贴补补片选择倒置楔形和楔形两种补片类型，并分别在中温和常温固化条件下对损伤层合板进行贴补修理和挖补修理。本文讨论了修补方式对修理后层合板承载强度的影响，此外，对直升机用典型工字梁构件分层损伤的中温和常温修理进行理论强度计算，预测承载强度修理效果。
　　本文利用Patran/Nastran有限元计算软件，提出了一种新的有限元建模方法，并根据最大应力准则和Tsai-Wu失效准则，对修理后的复合材料层合板进行模拟计算，结果表明：中温修理好于常温修理效果，贴补修理复合材料层合板可以恢复到未损伤层合板拉伸强度的80％以上，倒置楔形补片好于楔形补片修理效果；除4层铺层结构外，挖补修理复合材料层合板都可以恢复到未损伤层合板压缩强度和剪切强度的80%以上；抽钉修理复合材料层合板只有5层和7层铺层结构可以恢复到未损伤层合板压缩强度的80%以上。
　　论文对修理后层合板进行强度试验研究。按照制定修理方案制作试验件，并对修理后的层合板进行拉伸、压缩和剪切试验。测试得到的强度值与有限元计算值吻合较好，误差在10%以内。
　　典型工字梁构件分层损伤修理模拟结果表明：在中温和常温下，修理后工字梁的最大失效指数小于1，修理后工字梁的力学性能指标可以满足使用要求。研究成果将会为今后复合材料结构修理方案的设计和分析提供模型基础，为直升机在战场和试飞现场损伤后的快速修理提供理论依据。

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第1章 绪论

1.1 复合材料应用及研究意义

1.2 复合材料修理概述

1.3 本文工作

第2章 复合材料层合板强度理论基础

2.1 引言

2.2 本构关系

2.3 失效形式

2.4 失效判据

2.5 复合材料失效后刚度退化规则

2.6 小结

第3章 复合材料层合板有限元分析

3.1 引言

3.2 损伤修理设计

3.3 复合材料有限元建模方法

3.4 有限元强度分析

3.5 有限元计算结果统计及分析

3.6 小结

第4章 复合材料层合板修理后强度的试验研究

4.1 引言

4.2 试验条件及准备

4.3 拉伸强度试验

4.4 压缩强度试验

4.5 剪切强度试验

4.6 小结

第5章 复合材料工字梁上缘翼板分层修理效果预测

5.1 引言

5.2 完好工字梁分析

5.3 工字梁上缘翼板修理分析

5.4 工字梁常温挖补修理结果预测

5.5 小结

结论

参考文献

致谢