损伤金属板复合材料胶接修补的热-力分析与试验研究

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复合材料胶接修补方法是一种先进的修理技术,已在一些发达国家的航空维修中得到了成功的应用,我国在这一领域尚处于起步阶段.该文在谫人的研究基础上,对修补问题的分析方法提出了一些新的思路,建立了有限元修正模型,进行了大量的数值计算和分析,获得了一些有实用价值的结论,并通过试验加以验证.该文的主要工作总结如下:修补问题的二维简单化分析方法的关键是如何考虑修补结构的横向剪切效应以及建立合适的胶层模型,从而将补片与裂纹板连接起来.在第三章中,该文放弃了前人关于修补结构横向剪应力沿厚度分布的线性假设,而是根据板壳理论推导出更加真实的修补结构横向剪应力分布;推导了用补片与裂纹板的中面位移和转角表示的胶层剪应力的表达式;放弃了前人将修补结构横向剪切效应全部放在"胶元"刚阵考虑的做法,而是利用"胶元"和Mindlin中厚板元共同考虑,从而建立了新的分析框架;利用能量原理推导了"胶元"刚度矩阵,建立了"双板-胶元"修正模型,并将其退化成"双板-弹簧元"修正模型,从而克服了"双板-胶元"模型和"双板-弹簧元"模型不能充分地计及整个修补结构的横向剪切效应的缺点,该文的修正模型具有较高的计算精度,并且建模快速方便,可以考虑单边修补结构的弯曲效应.在第四章中,该文利用"双板-弹簧元"修正模型对修补问题进行了热-静力分析,首先,比较了不修补形式的修补效果,考察了残余热应力、补片长度、宽度、厚度以及胶层厚度变人对修补效果的影响;其次,对脱胶问题进行了热-静力分析,针对五种不同脱胶裂纹进行了计算,考察脱胶的存在对修补效果的影响,给出了胶胶裂纹前缘能量释放率的分布,并首次将Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型能量释放率沿胶胶裂纹前缘的分布分离开,从而成功地解释了一些试验现象,揭示了不同修补形式的脱胶裂纹扩展行为;最后,该文在忽略胶层阻尼的假设下,利用"双板-弹簧元"修正模型首次以对修补结构的动态应力强度因子进行尝试性的分析.在第五章中,该文设计加工了所有试件,实践了全部操作工艺过程,成功地进行了胶接修补,然后通过静强度、动强度和疲劳裂纹扩展对比试验,考察了修补形式、预脱胶、补片材料和几何尺寸的影响.
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