复合材料层合板真空辅助湿铺贴挖补修理的分析方法研究

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1、万方数据NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringTheMethodofAnalysisforVacuum-assistedWet-layupFlushRepairedCompositeLaminatesAThesisinEngineeringMechanicsbyLiuWeixianAdvisedbyProf.ZhouGuangmingSubmittedinPartialFulfillm

2、entoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyDecember,2013万方数据万方数据承诺书本人声明所呈交的博士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文

3、在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：万方数据万方数据南京航空航天大学博士学位论文摘要随着航空航天、风力发电、高速列车、船舶工业、汽车工业等行业快速发展的需要，具有比强度、比刚度高，可设计性强，抗疲劳优良等特点的复合材料层合板，得到了越来越广泛的应用。但复合材料层合板在制造、运输以及使用过程中难免产生各种损伤，从而影响复合材料结构件的安全性能。因此对损伤后的复合材料层合板进行修理以达到结构使用的刚度以及强度要求，具有重大的实用价值。本文主要研究了复合材料层合板真空辅助湿铺贴挖补修理的分析方法。首先发展了用于模拟此类挖补修理结构

4、中复合材料单层破坏的各向异性连续损伤本构模型，其中综合考虑了纤维拉伸压缩破坏、基体拉伸压缩破坏、厚度方向拉伸压缩破坏以及1-2平面和1-3平面内的剪切非线性现象，通过采用基于应变的Hashin准则解决了损伤前后应力准则不连续问题；同时本文在充分考虑二次固化界面无厚度特征后，假设复合材料母板和补片通过接触相互粘接在一起，采用双线性cohesive损伤模型模拟粘接属性，分别描述了纯模式及混合模式下其损伤状态变量的计算公式。采用双线性cohesive损伤模型对双悬臂梁(DCB)和端部缺口弯曲(ENF)试件进行了裂纹扩展理论分析，通过

5、与梁理论、修正梁理论以及弹性地基梁模型结果进行对比验证了此理论分析的准确性，探讨了双线性损伤模型中参数变化对试验载荷-位移曲线和黏聚区长度的影响，为双线性cohesive损伤模型参数的选取提供了理论指导。基于遗传算法建立了力学问题中本构模型参数的识别方法，基于试验测量和参数识别模型正分析所得载荷-位移曲线之间的误差平方和定义了适应度函数，编写了MATLAB程0000序实现了此参数识别方法。采用铺层结构为(0,90,45,-45)s的ASTM标准开孔拉伸试件作为复合材料单层损伤本构模型中剪切非线性因子和损伤速率影响因子的参数识别

6、模型；选用DCB和ENF试件作为二次固化界面双线性损伤参数识别模型，用于界面刚度、界面点强度、界面断裂韧性的取值。通过假设“真实值”进行数值仿真分析验证了参数识别模型的可靠性和有效性。根据复合材料层合板真空辅助湿铺贴挖补修理工艺流程分别制作了三种不同打磨角度和不同阶梯宽厚比的斜面形和阶梯形修理试验件，通过试验研究获得了各试验件指定点弹性应变值以及拉伸极限载荷，对试验过程观察获得了两种挖补修理方式的破坏过程，并得到了最终破坏模式。通过对真空辅助湿铺贴挖补修理结构中母板和补片构型进行微观分析，进行适当简化建立了合理的斜面形和阶梯形

7、挖补修理截面模型。分别对两种修理方式试验件建立了三维有限元模型，采用复合材料连续损伤本构模型模拟层合板单层破坏、采用基于双线性cohesive损伤模型的接触分析模拟二次固化界面破坏，分别对两种挖补修理方式的破坏过I万方数据复合材料层合板真空辅助湿铺贴挖补修理评估方法研究程进行了模拟研究，通过与试验结果进行对比验证了此模型的有效性，最后研究了修理参数(打磨角度、阶梯宽厚比)变化对挖补修理结果的影响。关键词：复合材料层合板，真空辅助湿铺贴，挖补修理，DCB试件，ENF试件，连续损伤模型，双线性cohesive损伤模型，接触分析本文

8、研究工作得到了江苏高校优势学科建设工程资助项目的资助。本文工作在机械结构力学与控制国家重点实验室完成。II万方数据南京航空航天大学博士学位论文ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofaerospace,windpowergeneration,high