双向受载裂纹板的碳纤维复合材料补片的胶接修补分析

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1、国防科技大学学报第27卷第6期JOURNALOFNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETECHNOLOGYVoI.27No.62005文章编号：1001-2486（2005）06-0021-05!双向受载裂纹板的碳纤维复合材料补片的胶接修补分析杨孚标，肖加余，曾竟成，江大志，邢素丽，王遵（国防科技大学航天与材料工程学院，湖南长沙410073）摘要：建立了碳纤维复合材料补片胶接修补双向受载裂纹板的3D有限元模型，分析了补片的单面胶接修补效果，探讨了补片材料、铺层顺序、补片长度及载荷

2、比等对裂纹应力强度因子的影响规律。结果表明：复合材料补片的存在使裂纹板垂直裂纹方向载荷和平行裂纹板方向载荷发生耦合作用，从而影响补片修补效果。平行裂纹方向的压应力可降低裂纹尖端的应力集中因子，而拉应力可提高裂纹尖端的应力集中因子。关键词：复合材料补片；有限元；应力强度因子中图分类号：TB323文献标识码：AStudyoftheBondedRepairingEfficiencyoftheCrackedPlatewithBiaxialLoadingYANGFu-biao，XIAOJia-yu，ZEN

3、GJing-cheng，JIANGDa-zhi，XINGSu-Ii，WANGZun（CoIIegeofAerospaceandMateriaIEngineering，NationaIUniv.ofDefenseTechnoIogy，Changsha410073，China）Abstract：A3DFEmodeIofthecrackedaIuminumpIatebondedbycarbonfibercompositeisproposedandvaIidatedwhenthepIateiswithb

4、iaxiaIIoading.Theefficiencyofcompositerepairisinvestigatedtoo.Theeffectofcompositepatch，pIyseguence，IengthofpatchandtheratioofIoadingonthestressintensifyingfactor（SIF）ofthecrackedpIateisstudied.ItisshownthatthereexistscoupIingeffectbetweenthetwoappIi

5、edIoadingandtheefficiencyofthecompositerepairisaffectedbytheratioofIoading.TheSIFofpIateisreducedwhenthetensiIeIoadingisappIiedparaIIeItothecrackwhiIetheSIFisincreasedwhenthecompressiveIoadingisappIiedperpendicuIarIytothecrack.Keywords：compositepatch

6、；finiteeIementmethod；stressintensifyfacto（rSIF）飞机铝合金构件在使用过程中由于应力腐蚀和环境腐蚀容易产生裂纹损伤。为恢复结构的完整性，需要对受损的构件进行换件或修理等处理。复合材料补片胶接修理与传统的修理方法相比具有明［1］显优势，在航空工程中得到了广泛的应用，是一种先进的结构修理技术。人们对铝合金裂纹板的硼纤维/环氧复合材料补片胶接修理进行了较详细的分析。与硼纤维/环氧复合材料补片相比，石墨纤维、碳纤维/环氧复合材料补片虽然具有较低的刚度和强度，但

7、价格便宜、铺敷性好等优点，同样具有较好的修［2］理效果，具有巨大的优势，在我国引起了广泛的关注。用碳纤维复合材料对单向受载裂纹板的胶接修［3］补研究较多，但对双向受载裂纹板的复合材料补片胶接修补研究相对较少。本文利用ANSYS分析软件包，建立了碳纤维复合材料补片胶接修理双向受载铝合金裂纹板的3D有限元分析模型，并对模型的正确性进行了验证；利用建立的3D分析模型分析了碳纤维复合材料补片单面修理双向受载的裂纹板的修补效果，探讨了补片材料、几何尺寸、铺层顺序和双向载荷的比例等因素对修补后的裂纹板尖端应

8、力强度因子的影响。1分析模型1.1有限元模型利用ANSYS有限元分析软件包，建立了碳纤维复合材料补片胶接修理双向受载铝合金裂纹板的!收稿日期：2005-04-15基金项目：武器装备预研基金资助项目（51489040105KG0101）作者简介：杨孚标（1967—），男，讲师，硕士。22国防科技大学学报2005年第6期3D有限元模型。假设复合材料补片、铝合金板和胶粘剂层均是线弹性，并认为其粘接界面不存在脱粘现象。铝合金板和胶粘剂采用各向同性体元，而复合材料补片采用层状体元。图l为复合材料补片胶接修