GLARE层板弯曲性能及失效机制的研究

摘要

我国大飞机的发展，对关键结构件的选材提出更加严格的要求，GLARE层板因在抗疲劳、耐冲击及结构减重方面具有突出的优势，成为飞机机身、机翼蒙皮等结构的重要选材。而在使用过程中，层板受到弯矩作用会产生弯曲变形，变形过大则会导致结构失效，无法继续服役。因此，探索GLARE层板在弯曲载荷下的失效行为和损伤机制具有重要的意义。
　　本文首先对不同胶粘剂含量的层板进行了浮滚剥离试验与层间剪切试验，并通过 SEM分析、接触角测试、粗糙度测试及胶粘剂拉伸剪切强度试验研究了环氧树脂在不同表面处理的铝合金表面上的浸润机制，实现界面性能优化，制备界面结合优良的GLARE层板。
　　其次，通过数值模拟与试验验证相结合的方法，探索了GLARE层板试样尺寸、跨厚比、压头及支座半径对弯曲性能的影响规律，获得了GLARE层板弯曲性能评价方法。随后，将弯曲试验中GLARE层板失效过程与有限元模拟的渐进失效过程进行对比分析，确定了纤维铺层方式及层板结构对弯曲失效机制的影响。最后，研究不同结构层板的弯曲性能，明确了弯曲性能随结构扩展的演变规律，为GLARE层板弯曲性能预测提供理论支撑。
　　研究结果表明，在一定范围内增大胶粘剂的含量能够提高层板的剥离性能和层间剪切性能，环氧树脂在铝合金表面的浸润机制则主要包括完全浸润与不完全浸润两种方式，通过优化表面处理工艺可以提高界面结合性能。此外，试样尺寸对弯曲性能基本没有影响，压头半径对弯曲性能的影响也非常小，而支座半径过大会使试样与支座间发生相对滑动从而对弯曲性能产生影响；跨距改变则会显著影响层板的失效机制，跨厚比较小时层板发生层间剪切失效，跨厚比过大则易发生相对滑动。因此，在一定的跨厚比范围内，GLARE能够发生有效的弯曲失效，失效机制会随着纤维铺层方式改变，而不会受到层板结构的影响。将GLARE层板从3/2结构依次扩展至4/3、5/4及6/5结构，弯曲模量呈现下降趋势，而弯曲强度的变化趋势则与纤维铺层方式有关，单向层板在结构扩展过程中弯曲强度不断增大，而正交及斜交层板的弯曲强度则逐渐下降。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1 GLARE层板研究现状

1.2 GLARE层板的力学性能研究进展

1.3 GLARE层板弯曲性能评价方法

1.4 本课题的选题依据及研究内容

第二章 GLARE层板的界面性能优化及制备

2.1 GLARE层板在弯曲载荷下的失效形式

2.2 GLARE层板的界面性能优化

2.3 GLARE层板的制备

2.4 本章小结

第三章 GLARE层板弯曲性能研究

3.1 GLARE层板的弯曲性能有限元模型建立

3.2 层板弯曲性能计算方法

3.3 GLARE层板弯曲性能的影响因素

3.4 本章小结

第四章 结构演变对GLARE层板的弯曲性能及失效机制的影响

4.1 纤维铺层方式对弯曲性能及失效行为的影响

4.2 层板结构对失效机制及弯曲性能的影响

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