GLARE层板层间剪切失效行为与机理研究

摘要

GLARE层板因其优异的力学性能和减重效果，在飞机蒙皮等部位成功实现商业应用。GLARE层板由铝合金薄板和复合材料交替铺层热压固化而成，且铺层具有可设计性，导致其界面体系复杂。层间抗剪切能力是该型层板重要的性能之一，但尚未有合适的测试方法能有效评价GLARE层板的层间剪切性能。本文研究GLARE层板短梁法（short-beam shear test method， SBS）层间剪切失效行为，分析不同失效模式的机理，探讨合适的跨厚比（length-to-thickness， L/h）以使改进后的短梁法适用于GLARE层板层间剪切性能评价。同时，研究GLARE层板双梁法（double short-beam shear test method，DBS）层间剪切失效行为，论证双梁法用于GLARE层板层间剪切性能评价的可行性。
　　本文对GLARE层板短梁法层间剪切失效行为与机理进行研究。制备了四种典型铺层的3/2结构GLARE层板：GLARE2A，GLARE3，GLARE4A和GLARE6。研究了不同铺层GLARE试样在短梁法层间剪切试验时不同跨厚比条件下的失效模式和力学行为，并对每种失效模式进行机理分析，探讨适合该型层板层间剪切性能评价的跨厚比。本研究中所选的跨厚比范围为5-12。研究结果表明，当跨厚比为8时，四种铺层GLARE试样都发生纯剪切失效模式，即发生在中性层附近的层间脱粘分层，且表观层间剪切强度值稳定可靠，能有效表征GLARE层板的层间剪切性能。而跨厚比为5的短梁法层间剪切试验获得的是挤压-剪切失效模式，且层间剪切强度值较大。跨厚比达到10或更大后，试样发生了弯曲破坏，表观层间剪切强度值降低。通过对不同模式的失效机理进行研究分析，证明跨厚比为8可用来评价GLARE-3/2层板层间剪切性能。
　　同时，本文研究了 GLARE层板双梁法层间剪切的失效行为与机理，论证双梁法用于该型层板层间剪切性能评价的可行性。自行设计了双梁法的试验夹具，夹具的精度和性能满足试验要求。具体研究了不同跨厚比条件下试样的失效行为和失效机制。研究结果表明，由于双梁法存在纯剪切点，试样在本文跨厚比（L/h=5-8）范围内进行双梁法层间剪切试验都能发生有效的层间剪切失效。GLARE2A和GLARE6表现为中间铝合金层与复合材料层之间的脱粘分层；GLARE3的失效为90°复合材料层与中间铝合金层之间的脱粘分层，以及90°复合材料层在压头处的局部开裂；GLARE4A分层失效发生在0°复合材料层与中间铝合金层之间，但90°复合材料层未有明显破坏。在较小跨厚比时，试样在中间支座和压头处有应力集中。此外，双梁法剪切试验获得的表观层间剪切强度值大于短梁法，但两种方法之间不存在排它性。
　　此外，为了研究 GLARE层板层间剪切失效行为结构演变规律以及跨厚比的结构适用性，制备每种铺层层板的4/3，5/4，6/5结构。研究结果表明，5/4和6/5的GLARE3以及GLARE4A 在跨厚比为7时进行短梁法剪切试验能发生有效的层间剪切失效。结构不影响GLARE2A短梁法表观层间剪切强度试验值，而GLARE3和GLARE6的短梁法表观层间剪切强度试验值随着层板厚度增加而降低。对于双梁法，GLARE2A层板随着结构增厚层间剪切强度试验值稍有下降，GLARE3和GALRE6同样呈现下降趋势。双梁法和短梁法结构演变规律的一致性证明了短梁法跨厚比选取的合理性，以及双梁法用于GLARE层板层间剪切性能评价的可行性。

目录

声明

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 纤维金属层板的概述

1.2 GALRE层板性能研究现状

1.3 GLARE层板层间剪切性能评价方法

1.4 本文的选题依据及研究内容

第二章 GLARE层板短梁法层间剪切失效行为与机理研究

2.1 GLARE层板短梁法层间剪切试验

2.2 GLARE层板短梁法层间剪切失效行为研究

2.3 GLARE层板短梁法层间剪切失效机理分析

2.4 本章小结

第三章 双梁法用于GLARE层板层间剪切性能评价可行性研究

3.1 GLARE层板双梁法层间剪切试验

3.2 GALRE层板双梁法层间剪切失效行为研究

3.3 双梁法与短梁法对比分析

3.4 本章小结

第四章 GLARE层板层间剪切失效行为结构演变规律研究

4.1 结构对GLARE层板短梁法层间剪切失效行为的影响

4.2 结构对GLARE层板双梁法层间剪切失效行为的影响

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 研究结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文