復合材料單面修補鋁合金裂紋板的疲勞破壞特性

利用ansys有限元分析軟件,建立了復合材料單面膠接修復鋁合金裂紋板的裂紋長度參數化的有限元模型,分析了修復結構的裂紋尖端應力強度因子及其變化幅值的規(guī)律;與試驗測試結果相結合,得到了描述修復結構疲勞特性的paris公式材料常數;碳纖維、玻璃纖維復合材料膠接修復鋁合金裂紋板的材料常數c、m分別為6.76×10-10、2.27和7.89×10-10、2.33。

近年來,采用frp修復受損鋁合金構件的研究已受到了廣泛關注并取得了一定的進展。對復合材料修復鋁合金裂紋板的試驗研究,包括不同膠接長度、不同表面處理和不同剛度比等因素對其疲勞性能的影響規(guī)律,以及有限元方法預測疲勞性能進行了綜述與分析;對試驗結果與有限元預測的疲勞壽命進行了比較;并展望了今后的研究趨勢。

采用碳纖維復合材料對中心裂紋鋁合金板進行了單面膠接修復,測試了修復結構的疲勞性能,包括鋁合金板的裂紋擴展速率、補片與鋁合金板之間的界面脫粘和修復結構的疲勞剩余強度。結果表明:復合材料膠接修復能有效地降低鋁合金板的裂紋擴展速率,提高其疲勞壽命;膠接的補片使鋁合金板的疲勞裂紋擴展紋線線型發(fā)生變化,且線型變化集中在裂紋擴展初始階段;疲勞導致修復結構出現界面脫粘,脫粘區(qū)域近似橢圓形,且界面脫粘面積隨疲勞周次的增加而增加。

采用真空袋壓技術將t300/cyd128復合材料補片膠接修復于含中心裂紋的鋁合金1.76mm薄板。研究了實驗室模擬濕熱環(huán)境對復合材料修復鋁合金薄板的力學性能影響,修復用復合材料的吸濕特性,以及修復用復合材料拉伸試樣及其基體樹脂澆鑄體的濕熱性能。結果顯示,澆鑄體飽和吸水率為0.9%,復合材料吸濕動力學曲線則出現臺階;隨濕熱老化時間延長,澆鑄體與復合材料拉伸性能先升后降,其性能峰值出現時間分別為500h(73.9mpa)和300h(1531mpa);隨濕熱老化時間延長,鋁合金裂紋板拉伸性能基本呈線性下降,斷裂載荷下降速率δn=0.12kn/100h,修復板性能出現波動。

采用單向硼纖維/環(huán)氧復合材料補片真空袋壓工藝單面修復不同厚度含中心裂紋鋁合金板,測試了修復試件的熱學及準靜態(tài)力學性能,并采用三維有限元模型分析了修復試件的殘余熱應變和應力強度因子。結果表明:修復試件的彎曲撓度隨鋁合金板厚度增大而減小;修復試件鋁合金板下表面裂紋尖端附近的殘余熱應變隨鋁合金板厚度增大而增大,補片上表面的殘余熱應變則隨鋁合金板厚度增大而減小,這與有限元分析結果吻合較好。含中心裂紋鋁合金板的應力強度因子隨鋁合金板厚度增大而減小,而單面修復試件的應力強度因子隨鋁合金板厚度增大而增大。采用相同長度和寬度的單向硼纖維/環(huán)氧復合材料補片單面修復后,鋁合金板厚度為1.76mm修復試件的承載能力保留率為93.85%,而厚度為10.20mm修復試件的只有84.01%;修復試件的剛度得到了完全恢復,等效剛度均大于完好試件的剛度。

采用加壓鑄造法來制備硅酸鋁短纖維增強鋁合金復合材料,并通過與zl109合金的對比試驗,研究高溫下材料的沖擊疲勞特性。結果表明:在本試驗條件下硅酸鋁短纖維增強鋁合金復合材料的高溫沖擊疲勞性能不如zl109合金,但是隨試驗溫度的提高,zl109合金的抗沖擊疲勞能力下降的速率比硅酸鋁短纖維增強鋁合金復合材料的快

采用聲發(fā)射技術對單向拉伸載荷作用下復合材料單搭接膠接頭的剪切破壞試驗進行實時監(jiān)測的方法,研究搭接長度對單搭接膠接頭損傷破壞的影響規(guī)律及其相應的聲發(fā)射響應特征。結果表明,隨搭接長度的增加,引起單搭接膠接頭的受力不均勻性增加,損傷易發(fā)生在膠層邊緣應力集中區(qū)域,膠接頭承載能力不斷上升的同時,平均剪切應力逐漸降低;膠層邊緣應力集中更明顯,從而出現較多的聲發(fā)射信號,且幅度在60~80db的聲發(fā)射信號明顯增多,聲發(fā)射撞擊累積數有上升趨勢。聲發(fā)射相對能量、幅度分布等聲發(fā)射信號與膠層的損傷破壞過程相對應。

用復合材料補強修理金屬結構裂紋損傷時,修補設計非常關鍵,不同的修補設計會產生不同的修補效果。通常應在有限元計算或解析計算的基礎上,合理選擇補強材料、膠粘劑、鋪層尺寸和鋪層數量等參數。飛機鋁合金蒙皮裂紋是飛機在使用過程中最常見的損傷形式。傳統(tǒng)的修理方法是在裂紋部位鉚接一塊與蒙皮材料相同的加強片,以恢復蒙皮裂紋部位的損失強度。由于現代飛機的

采用微波快速固化膠粘劑的方法通過實驗對鋁合金材料的裂紋進行了修復,研究了修復工藝,并采用數學和有限元分析的方法分析了含裂紋的鋁合金板材修復前后的力學性能變化情況,同時對比了其他方式的修復后強度,觀察了修復效果,結果表明:修復后鋁合金材料的雙向拉伸性能可恢復到原材料的95%以上,靜強度可恢復到原材料的102.9%.

建立了碳纖維復合材料補片膠接修補雙向受載裂紋板的3d有限元模型,分析了補片的單面膠接修補效果,探討了補片材料、鋪層順序、補片長度及載荷比等對裂紋應力強度因子的影響規(guī)律。結果表明:復合材料補片的存在使裂紋板垂直裂紋方向載荷和平行裂紋板方向載荷發(fā)生耦合作用,從而影響補片修補效果。平行裂紋方向的壓應力可降低裂紋尖端的應力集中因子,而拉應力可提高裂紋尖端的應力集中因子。

歐洲專利ep1554409本專利提供了一種以鋁合金為基體，以碳化硼為分散相的金屬基復合材料的制備工藝。首先，將鋁合金熔化，然后，通過充分攪拌使碳化硼粒子更好地潤濕鋁液，并均勻分布在鋁液中，之后，便可進行澆注。為了保證該金屬混合液具有較好的流動性，可采取如下方法之一：將基體中的鎂含量控制在0．2％以下，或首先將鋁合金中鎂的含量控制在0．2％以下，澆注時再加鎂，或是加入〉0．12％鈦。

歐洲專利ep1554409本專利提供了一種以鋁合金為基體,以碳化硼為分散相的金屬基復合材料的制備工藝。首先,將鋁合金熔化,然后,通過充分攪拌使碳化硼粒子更好地潤濕鋁液,并均勻分布在鋁液中,之后,便可進行澆注。為了保證該金屬混合液具有較

在沒有任何損傷的鋁合金薄板中,主要表現為原子間的非線性,以至于非線性聲學特征不明顯并很難測量;然而當鋁合金薄板中出現疲勞損傷時,將產生明顯的非線性聲學特征,這對于識別鋁合金薄板中的疲勞損傷十分有利。推導超聲波在含有疲勞裂紋的固體金屬中傳播時非線性聲學特征方程。利用非接觸激光測振儀、任意波形發(fā)生器、數字示波器和計算機等組建鋁合金薄板疲勞裂紋試驗系統(tǒng),并以含有疲勞裂紋的2024鋁合金薄板為研究對象,利用該系統(tǒng),在單頻超聲波即中心頻率為270khz激勵下,對超聲波在2024鋁合金薄板中傳播的非線性聲學特性進行試驗研究。結果表明,高次諧波可作為表征疲勞裂紋或缺陷的特征量。根據不同點的掃描結果,獲得時域峰值幅度和頻率幅度與掃描位置之間的關系,由此可大致確定疲勞裂紋的位置。

采用單向碳/環(huán)氧復合材料補片真空袋壓工藝單面修復含中心裂紋鋁合金板,進行0-1700h鹽霧梯度腐蝕試驗,測試并對比分析了各腐蝕時間結點上試件修復前后的疲勞性能,從疲勞壽命、疲勞臨界裂紋長度和paris公式材料常數(c和m)的變化三個方面考察不同鹽霧腐蝕深度對鋁合金裂紋板修復前后的疲勞性能差異。結果表明:碳/環(huán)氧補片膠接修復鋁合金板能大幅度提高疲勞壽命,且未經修復的裂紋板在腐蝕1700小時后疲勞壽命下降53.8%,而修復板僅為38.6%。修復板疲勞裂紋臨界長度acr大于未修復裂紋板,且隨鹽霧腐蝕時間延長,裂紋板和修復板acr變化不大,可作準判據使用。由試驗數據得到的不同腐蝕時間上試樣的材料常數c和m隨腐蝕時間延長而減小。利用paris公式可較好擬合鋁合金板疲勞壽命及paris區(qū)內的疲勞裂紋擴展行為,但疲勞壽命預測值與實際值的差異由未經腐蝕時的5%左右增大到腐蝕1500h時的10%左右。

腐蝕疲勞是一種由疲勞應力和腐蝕介質共同引起的材料損傷，利用掃描電子顯微鏡原位觀測技術對于預腐蝕ld10cz鋁合金進行了疲勞試驗研究，試驗結果表明腐蝕損傷強烈影響鋁合金的疲勞裂紋擴展行為。

以粉末冶金鋁合金及復合材料的制備流程為主線,圍繞粉體制備、成形固結和后續(xù)處理這三個環(huán)節(jié),闡述了粉末冶金鋁合金及復合材料的研究現狀.同時對其發(fā)展趨勢進行了探討,指出以高速壓制為代表的新成形技術的出現,有望為鋁粉末冶金的成形及燒結環(huán)節(jié)帶來新的突破.

復合材料補片膠接技術是一種有效修復飛機受損鋁合金構件的低成本方法。補片與鋁合金材料熱膨脹系數的顯著差異,會在構件中引入殘余熱應力,對構件性能造成不利影響。文中采用單向碳/環(huán)氧復合材料補片對航空鋁合金ly12cz薄板進行單面補強,并通過確定應力釋放溫度測量了鋁板及補片上的殘余熱應變。結果表明,對完好鋁板而言,鋁板和補片的殘余熱應變可分別達到-488με和285με;對于含中心裂紋鋁板而言,裂紋長度對于殘余熱應變的影響較小。采用經典層合板理論和雙金屬片模型分別預測了復合材料補片及鋁合金板在膠接面上的殘余熱應力。經典層合板理論對補片和完好鋁板殘余熱應力的預測值分別為-79.8mpa和50.8mpa;雙金屬片模型的計算值偏大,分別為-98.4mpa和64.6mpa。

主要研究帶鈦合金連接頭硼／鋁復合材料管構件中ｂ－ａｌ－ｔｉ間的界面結構與性質，研究表明，在復合工藝條件下，硼－鋁界面附近沒有檢測到任何鋁－硼化合物，而鈦－鋁間形成ｔｉａｌ有序金屬間化合物相，實驗證明，硼／鋁復合材料與鋁合金端環(huán)之間采用的固結方法是有效的，且可按照受載類型隨意調整斜面搭接長度，達到承受不同載荷的目的。

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鋁合金與碳纖維復合材料膠接結構耐老化性能研究

鋁基復合材料.-關于鋁基復合材料的論文

基于marguerre曲板理論、vonkarman大變形理論和氣動力活塞理論建立超音速氣流中三維復合材料曲壁板的有限元模型。分析了不同邊界條件下復合材料曲壁板的曲率對曲壁板顫振邊界特性的影響規(guī)律。結果顯示:1)當曲率較小時,顫振是由曲壁板前兩階模態(tài)耦合產生,顫振臨界動壓隨著曲率的增大而減小;2)當曲率較大時,顫振危險模態(tài)會隨曲率增大而發(fā)生變化,顫振臨界動壓也會表現出復雜的變化規(guī)律;3)曲率較小時,四邊固支曲壁板的顫振臨界動壓高于四邊簡支曲壁板;4)當曲率較大時,四邊簡支曲壁板的顫振臨界動壓可能大于四邊固支曲壁板。