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基于Tsai-Wu准则的复合材料补强板优化设计

2018-10-24王新军向波罗熊佩佩

新技术新工艺 2018年9期
关键词:裂纹复合材料有限元

王新军,向波罗,熊佩佩

(1.空军工程大学 航空机务士官学校,河南 信阳 464000;2.95903部队,湖北 武汉 075000)

复合材料胶接修理是将复合材料补强板胶接到损伤部位进行局部增强,以达到延长结构使用寿命的一种方法。相比传统的机械连接修补方法,该方法具有强度质量比高、修理效率高、修理时间短和成本低等优点。20世纪70年代,Baker等[1]开始研究利用复合材料胶接修理受损的金属结构,随后美国和澳大利亚成功地将复合材料胶接技术应用于“海妖”“超级眼镜蛇”“阿帕奇”直升机,F/A-18、F-16、F-111、C-141、C-130军用飞机,民航的L1011、DC-10、波音B767-200和海军的FFG-7导弹护卫舰等多种装备的损伤修理,取得了显著的经济效益和军事效益[2-3]。

近年来,国内许多学者对复合材料胶接修理进行了大量的理论和技术研究,其中,白泽金[4]采用“双板-弹簧”有限元修正模型,考察了补强板直径、厚度等参数对修复效果的影响发现,补强板厚度对修复效果的影响最大;赵立涛等[5]分析了补强板厚度和固化剂剪切模量对应力强度因子的影响,结果表明,适当增大补强板的厚度能够提高结构的破坏载荷。现有文献中关于复合材料破坏载荷计算大部分以各向同性材料的强度准则为依据,并假定材料为平面应力状态进行复合材料强度计算[6],主要包括Tsai-Hill准则、Hoffman准则、Tsai-Wu准则和比应变能密度准则;卢子兴等[7]将基体材料与纤维分别进行分析,其中基体材料按照各向同性方法计算,纤维材料采用Hoffman强度准则分析,由于这种方法没有考虑复合材料发生实效破坏过程基体材料与纤维的相互影响,其理论分析与试验结果误差较大;……

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