复合材料加筋板的阶梯式挖补修理稳定性分析

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1、第29卷第4期2011年8月中国民航大学学报JOURNALOFCIVILAVIATIONUNIVERSITYOFCHINAV01．29No．4August2011复合材料加筋板的阶梯式挖补修理稳定性分析徐建新，曹小梅，李顶河(中国民航大学航空工程学院，天津300300)摘要：复合材料已在飞机结构中得到了广泛应用，其中胶接修补研究是当前复合材料结构修补中急待解决的重要问题之一。主要针对层合板结构胶接修理中的阶梯式挖补进行研究．建立了复合材料加筋板阶梯式挖补修理结构的有限元分析模型，并进行了屈曲数值分析。详细探讨了补片半径、补片阶梯数、筋距对挖补修理结构稳定性的影响规律。关键词：复合

2、材料；层合板；阶梯式挖补修理；有限元；稳定性中图分类号：TB331：V214．8文献标识码：A文章编号：1674-5590(2011)04—0001—03ResearchonStabilityofStiffenedCompositeLaminateswithStepped-LapRepairXUJian-xin，CA0Xiao-mei，LIDing-he(CollegeofAeronauticalEngineering，CAUC，Tianjin300300，China)Abstract：CompositeiswidelyusedinthestnIctureoftheaircraf

3、t，studyofcompositestiffenedpanelrepairhasbecomeanimportantproblemtobesettledintherepairforthecompositelaminatedstructures．Finiteelementanalysismodels玳performedinordertocalculatethebucklingfactorofthecompositelaminateswithastepped-lap．Theeffectofrepairparametersonthestabilityofrepairedstructur

4、esalediscussedindetail，suchastheradiusofpatch，thenumberofpatchstep，thewidthofcompositestiffenedpanelstructures．Keywords：composite；stiffenedpanels；stepped-laprepair；finiteelementmethods；stability复合材料加筋板结构相对于层合板结构，能够承受较大的载荷，被广泛应用于飞机的蒙皮和壁板，如ARJ一21垂尾壁板、B777垂尾和平尾壁板，同时可降低飞机重量，提高飞机的飞行效率，如航空发动机GE90。因

5、此对复合材料加筋板的损伤的修理研究是民机复合材料结构修理的关键问题。目前复合材料结构主要的修理方式为机械连接修理、胶接修理和机械一胶混合连接，其中机械连接在修理过程中要在原结构上开孔，在修理区域容易引起应力集中现象，破坏了复合材料纤维性能和结构的连续性。而这些修理方法还会降低飞机上复合材料的静、动态承载性能，严重时威胁航空器的安全。因此当前对于复合材料结构损伤的修理，大多采用胶接修理的方法【l】。对于胶接修理，主要有三种修理方案：斜接以及阶梯形挖补修理、单面贴补修理、双面贴补修理。其中对于受冲击损伤的复合材料加筋层合板，挖补修理是一种非常有效的结构修理方式。对于曲率较大或有气动外

6、形要求较高的表面，挖补修理具有一定的优越性，而且胶接表面的剪应力分布比较均匀，同时可以最大限度地恢复结构的刚度和强度，可见在复合材料层合板维修中得到了广泛的应用[21。目前越来越多的学者关注复合材料的修理研究，并进行了一系列的试验工作，如AtasC和Akguny13I对玻璃纤维／环氧树脂复合材料板冲击响应进行研究，样品取得了良好的修复效果。孟凡颢I4l等对复合材料挖补修理结构进行试验分析，结果表明挖补修理可使受损件的强度恢复90％以上，取得了良好的修复效果。同时在理论分析方面{5-61，采用有限元方法进行初步探讨，如Sout和Hu同在斜接式搭接研究的基础上，通过有限元计算对挖补修

7、理结构进行失效原理分析。王宇光【s喻绍了复合材收稿日期：201l-0l一15；修回日期：201l—05一ll基金项目：国家自然科学基金民航联合研究基金项目(60979001)；中国民航大学校级重大项目(CAUC2009ZD0101)作者简介：徐建新(196’卜一)，男，江苏苏州人，教授，博士，研究方向为飞机结构疲劳强度、复合材料结构力学．一2一中国民航大学学报2011年8月料层合板挖补的研究现状，其中涉及了阶梯式挖补的修理现状。HartSmitht9蚧-绍了复合材料阶梯式挖补的修