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复合材料胶接修补金属结构的非对称脱胶分析

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2015.03.011

根据完整复合材料修补模型进行分析与验证,在此基础上针对小型非对称脱胶建立了脱胶分析有限元模型,引入脱胶影响“当量距离”的概念,分析了不同尺寸与位置的脱胶对于维修效果的影响.结果表明:脱胶直径较小时,裂纹强度对于脱胶位置的改变不敏感;当脱胶尺寸足够大时,在裂纹尖端附近存在一个脱胶敏感区域,在此区域内发生脱胶对于修补强度影响较大,而且该影响区域随着裂纹长度增加而增大.

关键词: 复合材料 , 裂纹尖端 , 脱胶影响 , 胶接修补

采用动态差示扫描量热法(DSC)研究了玻璃纤维／环氧树脂预浸料体系的固化过程,考察了玻璃纤维对环氧树脂固化动力学的影响;利用Kissinger法和Crane公式计算了体系的反应活化能、指前因子、反应级数等固化动力学参数.结果表明,玻璃纤维使环氧树脂体系的理论凝胶化温度、固化温度和后处理温度升高;同时,增大了固化反应活化能,而固化反应的反应级数基本不变.说明玻璃纤维使环氧树脂体系固化反应变难,但不改变其固化反应机理.

关键词: 固化动力学 , 玻璃纤维/环氧树脂 , 预浸料 , DSC

复合材料加筋壁板有限元建模与强度分析

马佳 , 刘峰 , 张春 , 张成雷 , 唐庆如

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2014.05.006

运用基于工艺的“laminate modeler”模块创建了复合材料铺层和加筋层合板的三维有限元模型.介绍了一种体单元与壳单元节点融合的方法.以不同的相对节点间距对加筋层合板模型进行了有限元网格划分,采用结构最大Von Mises应力作为标准进行了收敛性分析,得到了一个可适用于其他类似加筋板模型网格创建的合理相对节点间距值1/72.应力计算表明,集中载荷作用下复合材料加筋壁板的初始损伤发生于第八铺层材料主方向的2方向,损伤模式为基体拉伸开裂.发生初始损伤时加筋板结构的极限载荷为75 N.应力集中区较小,且主要分布于载荷作用点附近.集中载荷作用下加筋板的承载效率较低.

关键词: 复合材料 , 加筋壁板 , 有限元 , 建模 , 强度分析

铺层方向角偏差对复合材料层板阶梯挖补的拉伸强度影响研究

刘国春 , 幸李雯 , 杨文锋 , 张吉武 , 唐庆如

玻璃钢/复合材料

针对复合材料损伤结构维修中容易出现的铺层角度偏差,根据实际维修情况建立复合材料层板阶梯挖补结构的有限元计算模型,并通过试验验证了该模型的准确性.基于该有限元分析模型并考虑真实维修过程中可能出现的铺叠误差与基准偏差,分别进行了维修结构的单层与整体铺层方向角偏移的拉伸强度性能分析.结果表明,补片出现小角度方向角偏移时,补片中面层以下的铺层角偏移对于拉伸强度的影响可以忽略,中面层以上的铺层随着偏移角度的增大与越靠近表层的位置,结构整体极限应力逐渐增大,当最表层铺层出现偏移时,对于修补结构拉伸强度的影响较大;附加层在修补结构中受载严重,通用的0°附加层铺设角度不一定适用于所有的修补工况,该分析结论也为实际工程维修提供了很好的指导意义.

关键词: 铺层偏差 , 阶梯挖补 , 复材维修 , 模型验证

环氧树脂基预浸料热固化特征温度和固化度研究

陈淑仙 , 田鹤 , 李梦 , 杨文锋 , 秦文峰 , 唐庆如

玻璃钢/复合材料

基于固化动力学理论和有限元分析方法,建立了树脂基预浸料热固化过程中温度场研究的数学模型,数值模拟了预浸料固化过程的温度和固化度变化特征,将数值计算结果与已有文献实验结果对比,验证了计算模型和计算方法的正确性.研究了升温速率、玻璃纤维等因素对环氧树脂体系固化反应特征温度以及固化时间的影响.结果表明,升温速率增加,固化反应放热峰Tp向高温方向移动,同时固化起始温度Ti和固化终止温度Tf也相应地向高温移动,固化过程中材料内温度梯度增大,内部热应力增大.但提高升温速率可缩短固化完成所需时间.玻璃纤维的加入使树脂基预浸料各项固化反应特征温度降低,达到固化起始温度的时间延长,但对完成固化时间的影响可忽略.

关键词: 有限单元法 , 玻璃纤维/环氧树脂 , 固化过程 , 特征温度 , 固化度

民机复合材料应用及维修的适航验证与审定研究进展

杨文锋 , 颜影 , 唐庆如 , 李梦 , 秦文峰 , 谢宗蕻

材料导报

先进复合材料结构在民机中的大量应用可以带来减重、降低设计成本、耐蚀抗疲劳等诸多优势,但同时也伴随着在使用中出现的各种损伤类型及后期的维修难题.民机复合材料维修后的适航验证与审定是保证维修有效性与符合性的关键,是保持与恢复航空器固有可靠性与安全性的合格性鉴定.在对比欧美国家与我国在民机复合材料应用与维修领域(包括技术水平状况、工程应用积累、成果形式等)发展差异的基础上,指出现阶段我国应前瞻性地考虑民机复合材料应用与维修的适航验证与审定所涉及的相关基础理论与关键技术,为进口运输机上复合材料的超手册维修、通用飞机及国产民机的复合材料维修的适航验证与审定做好技术储备,并获得更多的自主知识产权.

关键词: 民用飞机 , 复合材料结构 , 维修 , 适航验证 , 适航审定

玻璃纤维复合材料损伤过程的声发射特性研究

孟超 , 彭卫东 , 宁小波 , 唐庆如

玻璃钢/复合材料

复合材料以其优越的结构性能被广泛应用于航天航空、汽车制造等领域,针对玻璃纤维复合材料损伤特性及其声发射信号特点,设计完成了一套基于TMS320F28335的集数据采集、存储和显示为一体的声发射检测系统.采用现代小波变换的时频分析方法,分析了玻璃纤维复合材料损伤声发射信号的波形和频率特性,确定了玻璃纤维复合材料声发射信号频率的三个主要频段及其对应的三种基本损伤模式.

关键词: 声发射 , 复合材料 , 检测 , 小波分析

挖补角度对复合材料修补片固化过程温度和热应力的影响

唐庆如 , 田秋实 , 庞杰 , 陈淑仙 , 赵鹏 , 张晨东

玻璃钢/复合材料

利用有限元方法,数值模拟了不同挖补角度的树脂基复合材料修补片热固化过程中的温度场和热应力场,并分析了挖补角度对修补片的温度、固化度和热应力的影响.仿真计算结果表明:挖补角度越小,修补片中心点处的温度峰值越大,固化速率越快,热应力越大;挖补角度越小,修补片非中心点处的固化速率越快,热应力越小,且挖补角度对非中心点处的热应力影响较大.综合分析后可知,在一定挖补角度范围内,合理选择挖补角度,可控制修补材料内部热应力,并获得较好的复合材料修补质量.研究结果为实际修理提供了良好的数值依据.

关键词: 树脂基复合材料 , 修补片 , 挖补角度 , 固化过程 , 温度场 , 热应力

复合材料挖补修理技术研究现状与发展趋势

贺强 , 杨文锋 , 唐庆如

玻璃钢/复合材料

复合材料在航空器上的大量应用导致了对高效可靠的复合材料结构维修技术的迫切需求.针对挖补修理这一先进的复合材料结构修理技术,首先给出了复合材料挖补修理技术体系;分析总结了挖补修理各个关键技术环节的研究现状;最后对挖补修理技术存在的问题及未来的发展方向进行了展望.复合材料挖补修理技术将为设计、制造、运营等航空器全生命周期的各阶段提供技术支持,可有效提高航空器的安全性和降低成本.

关键词: 挖补修理 , 复合材料 , 维修 , 航空器