挖補修理複合材料層合結構濕熱性能研究

《挖補修理複合材料層合結構濕熱性能研究》是依託北京航空航天大學，由程小全擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：挖補修理複合材料層合結構濕熱性能研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：程小全
• 項目類別：面上項目

項目摘要

針對挖補修理複合材料結構服役中的濕熱問題，試驗研究挖補用膠粘劑、膠粘劑與複合材料膠接界面的濕熱性能，濕熱條件下挖補層合板的拉伸、壓縮、低速衝擊、衝擊後拉伸與壓縮行為。在此基礎上，建立理論分析模型，對挖補層合板的濕熱內應力及其拉伸、壓縮、低速衝擊、衝擊後力學性能進行分析。揭示常用挖補膠粘劑、膠粘劑與複合材料膠接界面濕熱性能退化機理，以及挖補中斜接面應力分布不均勻對膠粘劑損傷機理與破壞行為的作用，研究挖補膠層濕熱性能不均勻性對挖補複合材料結構性能的影響，建立濕熱條件下挖補複合材料結構拉伸、壓縮、低速衝擊以及衝擊後力學性能有效的分析方法。所有試件全部採用國產材料和航空飛行器結構常用層合結構，研究結果可為複合材料挖補修理材料與典型結構工程資料庫提供可用的數據，為複合材料挖補修理提供具體的分析方法與設計參考，並可為複合材料挖補膠粘劑材料的評定與研製方向提供指導。

結題摘要

隨著複合材料在飛機上大量使用，挖補修理作為複合材料修理中修理效率最高的修理方法也得到了廣泛套用。與完好板相比，挖補結構多了膠層這部分，膠層比複合材料更容易受到濕熱環境的影響，而飛機在服役期間又不得不在複雜濕熱天氣下工作，所以挖補修理複合材料的濕熱性能值得被研究。 本項目研究四種濕熱環境，即常溫乾態（RD），常溫濕態（RW），高溫乾態（ED），高溫濕態（EW），高溫指95℃，濕態指水中吸濕平衡。採用試驗和有限元法首先研究了兩種常用複合材料修理用膠黏劑在濕熱環境下的力學性能，探索膠黏劑濕熱損傷機理，然後採用這兩種方法分別研究了濕熱環境下挖補修理層合板結構的拉伸、壓縮、衝擊、衝擊後拉伸以及衝擊後壓縮等性能，探索濕熱效應對挖補板力學性能和損傷機理的影響。 結果表明，濕熱環境會明顯降低膠黏劑和挖補層合板的力學性能，濕熱環境對結構力學性能的影響主要體現在濕熱內應力和材料性能衰減兩個方面，最大濕應力位於膠層兩側自由端部，最大熱應力位於層合板90°層，高溫環境下膠黏劑表現出明顯塑性，濕態環境下更容易發生複合材料/膠層膠接界面破壞。綜合考慮濕熱下拉壓性能和工藝因素，建議修理角度為4~6°，膠層厚度為0.15~0.2mm。衝擊能量和衝擊位置對衝擊回響和損傷形貌有很大影響。衝擊後拉伸載荷下，損傷以基體破壞和纖維斷裂為主；壓縮載荷下，損傷以纖維基體剪下破壞和纖維斷裂為主。