复合材料单面修补铝合金裂纹板的疲劳破坏特性

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1、++第19卷第5期中国表面工程Vol.19No.52102006年10月CHINASURFACEENGINEERINGOctober.2006中国表面工程2006年复合材料单面修补铝合金裂纹板的疲劳破坏特性*杨孚标，肖加余，江大志，曾竟成(国防科技大学航天与材料工程学院，湖南长沙410073)摘要：利用热压成型工艺、采用预固化的单向碳纤维/环氧复合材料补片对铝合金裂纹板进行了修补，测试了裂纹板胶接修补前后的破坏强度、疲劳寿命及裂纹扩展情况，观察了破坏后的断口形貌，分析了复合材料补片的止裂机理。结果表明，经过单向碳纤维/环氧复合材料补片胶接修补后，其破坏强度和疲劳寿命均有显著的提高，破坏强度

2、提高了34.28%，恢复到完好板的85.83%，疲劳寿命提高2.06倍；裂纹板的临界裂纹长度从17.86mm增加到28.64mm，从而延长了裂纹缓慢扩展阶段，延缓了裂纹快速扩展；其断口形貌方式发生生了明显的变化。关键词：复合材料补片；疲劳寿命；破坏强度+中图分类号：TG172文献标识码：A文章编号：1007–9289(2006)05–0210–05FatigueFailurePropertiesofPre-crackedAluminumAlloyPlatesOne-Side-BondedWithCompositePatchesYANGFu-biao,XIAOJia-yu,JIANGDa-z

3、hi,ZENGJing-cheng(CollegeofAerospaceandMaterialEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha,410073)Abstract:Fatiguecrackedaluminumalloyplateswereadhesivelybondedwithunidirectionalcarbon/epoxycompositepatchesbyhot-presstechnology.Theeffectivenessoftherepairscheme,includingthetensilest

4、rength,thefatiguelifeandthecrackprogressduringfatiguewasinvestigatedexperimentally.Thefracturedfacesoftheplateswereobservedandthemechanismofthecrackarrestofcompositepatchwasdiscussed.Itisshowedthatboththetensilestrengthandthefatiguelifeofthecrackedplatesincreasesignificantlyafterbondedrepair.Thete

5、nsilestrengthofthebondedplates,whichis85.83%oftheplateswithoutflaw,is34.28%higherthanthatofthecrackedplates.Thefatiguelifeofthebondedplatesis2.06timesrelativetothatofthecrackedone.Thecriticalcracklengthofplateincreasesfrom17.86mmto28.64mmbeforeandafteradhesivelybondedrepairwithcompositepatch.Keywo

6、rds:compositepatch;fatiguelife;tensilestrength0引言等优点，是一种优质、高效、低成本的结构修理方[1-3]法，引起了广泛关注。铝合金具有力学性能好、质量轻等优点，已被国外对复合材料补片胶接修理技术进行了较广泛应用于各行业中，尤其是对轻量化要求较高的深入的研究，并成功应用于飞机铝合金损伤构件的航空航天器领域。铝合金构件在服役过程中容易形修理，修理实例已超过10000例，修理部件主要为成腐蚀、裂纹等损伤。为恢复损伤结构的整体性，机翼上蒙皮、下蒙皮、机翼壁板、腹鳍蒙皮、起落需要对损伤构件进行必要的处理，如换件和修理[4,5]架轮毂和舱门框等。我国也开

7、展了复合材料胶接等。复合材料补片胶接修理是一种先进的修理技修复技术及其应用的研究，并对飞机损伤的复合材术，与传统的机械修理方法相比，具有结构增重小、[6]料雷达罩和水平尾翼进行了修补。国外多采用了抗疲劳性能和耐腐蚀性能好、修理时间短、成本低硼纤维/环氧复合材料补片修理铝合金损伤构件，国收稿日期：2006–08–01修回日期：2006–09–10内则一般采用高性能的碳纤维/环氧复合材料补片基金项目：*武器装备预研基金资助项