復合材料膠接修理的濕-熱-力耦合瞬時響應(yīng)分析方法.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、飛機復合材料結(jié)構(gòu)在運營過程中出現(xiàn)損傷或缺陷時必須需要進行修理,以恢復結(jié)構(gòu)性能,達到適航要求,保證飛行安全。復合材料膠接修理是應(yīng)用最廣泛的修理技術(shù),但在飛機服役過程中,修理區(qū)域會由于經(jīng)受吸濕、溫度和載荷的聯(lián)合作用而產(chǎn)生性能退化。因此需要研究復合材料膠接修理后結(jié)構(gòu)在濕-熱-力耦合環(huán)境下的力學響應(yīng),保證修理后結(jié)構(gòu)在濕熱環(huán)境下的使用安全。本文主要研究了復合材料膠接修理中的瞬時濕-熱-力耦合分析方法,具體內(nèi)容如下:
  (1)基于應(yīng)變的濕擴

2、散分析方程的建立。對復合材料層壓板在吸濕過程中橫向應(yīng)變的研究發(fā)現(xiàn),應(yīng)變與時間的平方根呈線性關(guān)系。這一現(xiàn)象與復合材料內(nèi)吸濕量與時間的關(guān)系相類似,據(jù)此,假設(shè)復合材料層壓板內(nèi)的濕熱應(yīng)變也符合Fick定律,在濕擴散的Fick方程中引入應(yīng)變耦合系數(shù)與應(yīng)變耦合項,建立了基于應(yīng)變的濕擴散方程,并進一步將該方程推廣到多材料體系中。本文建立的基于應(yīng)變的濕擴散分析方程能夠準確描述復合材料層壓板及復合材料修理試樣吸濕時表現(xiàn)出的Non-Fickian行為以及濕

3、擴散與應(yīng)變之間的相互作用,利用此方程分析得到的復合材料層壓板及復合材料修理試樣內(nèi)的吸濕量與試驗數(shù)據(jù)吻合良好,明顯改善了Fick方程在計算復合材料濕擴散的初始階段過高估計試樣內(nèi)吸濕量的問題。
  (2)Tsai方法的改進。通常采用Tsai方法分析復合材料受熱和吸濕后材料性能的退化。Tsai方法定義的無量綱系數(shù)中的分子、分母都與材料的具體吸濕量有關(guān),分析時很難區(qū)分出是溫度還是濕度引起了相應(yīng)的材料性能退化。本文將材料常溫干態(tài)下的玻璃轉(zhuǎn)化

4、溫度作為基準值,區(qū)分于與材料吸濕量相關(guān)的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。改進后的Tsai方法更突出了吸濕對于材料性能退化的作用,與試驗數(shù)據(jù)吻合良好。
  (3)瞬時濕-熱-力耦合分析的有限元方法的構(gòu)建。溫度場與濕度場主要從兩個方面影響應(yīng)力場:一是材料濕熱膨脹會產(chǎn)生濕熱應(yīng)力;二是材料性能與溫度、濕度相關(guān)。分析中,將時間作為重要變量研究濕-熱-力耦合過程中的瞬時狀態(tài),從溫度場、濕度場與應(yīng)力場的控制方程推導出耦合的單元剛度矩陣,于單元節(jié)點載荷上疊加熱載荷

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