复合材料修补结构在面内载荷下的强度分析

摘要

复合材料由于具有比强度高、比刚度高等优点,在现代航空结构中得到了越来越广泛的应用。作为复合材料的应用的一个环节,复合材料修理对于复合材料结构在航空结构中的使用性、可维护性乃至使用时间都有着重要的影响。从目前大量的金属飞机结构繁重的维修任务可以预见将来复合材料飞机结构维修任务的艰巨。因此,复合材料结构胶接修理设计分析的研究工作具有重要的学术价值和工程意义。
　　本文引入三维Hashin准则模拟结构的损伤,引入最大剪应力准则模拟胶层的损伤,基于引入的损伤判据与预定的刚度退化方案,建立挖补修理结构的渐进损伤分析模型。首先本文计算了半穿透挖补结构和全穿透挖补结构两种典型的挖补结构在拉伸载荷下的极限强度,比较计算值与实验值,验证模型的有效性;并且分析了两种结构中的应力分布及渐进损伤过程。然后本文基于提出的渐进损伤分析模型,针对拉伸、剪切及拉剪三种面内载荷情况,讨论了挖补角对半穿透及全穿透两种典型复合材料挖补结构极限强度以及胶层失效强度的影响规律。并从应力分布和损伤扩展过程角度分析了挖补角影响结构极限强度的机理,得到了一些对工程实际具有参考意义的结论。最后本文分析讨论了在拉伸载荷作用下附加层对于挖补结构的极限强度的影响,并从应力分布和损伤扩展过程角度分析了附加层影响结构极限强度的机理;分析了倒角对带附加层复合材料挖补结构的极限强度的影响。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 修理方法介绍

1.3 修理理论介绍

1.4 本文的主要工作

第二章 挖补修理结构的有限元分析方法

2.1 引言

2.2 渐进损失分析方法

2.3 复合材料力学基础

2.4 复合材料修理结构的失效准则

2.5 复合材料层合板的刚度退化方案

2.6 本章小结

第三章 拉伸载荷下挖补修理结构的强度分析

3.1 引言

3.2 有限元模型

3.3 挖补结构的应力分布

3.4 挖补结构中损伤的渐进扩展

3.5 附加层对结构损伤过程的影响

3.6 本章小结

第四章 各面内载荷下的参数影响

4.1 引言

4.2 半穿透挖补结构变参分析

4.3 全穿透挖补结构变参分析

4.4 附加层变参

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 本文的主要创新点

5.3 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