冲击位置对斜搭接接头冲击后拉伸性能的影响

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1、2016年11月第42卷第11期北京航空航天大学学报JournalofBcijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsNovember2016V01．42No．1lhttp：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．crlDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0694冲击位置对斜搭接接头冲击后拉伸性能的影响聂恒昌1，徐吉峰2，关志东1’+，黎增山1，冀赵杰1，谭日明1(1．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083；2．中国商飞

2、北京民用飞机技术研究中心，北京102211)摘要：低速冲击损伤对复合材料胶接结构的力学性能存在威胁。对在搭接区域3个不同位置承受低速冲击的斜搭接接头进行’中击后拉伸试验，并分别建立胶接接头冲击及冲击后拉伸有限元模型。试验结果表明：冲击位置在搭接区尖端背侧，造成的凹坑深度最大，冲击后拉伸强度最低；冲击位置在搭接区中部，凹坑深度最小，冲击后拉伸强度最大；冲击位置在搭接区尖端侧，凹坑深度及冲击后拉伸强度居中。有限元分析结果表明胶层损伤和复合材料纤维损伤的大范围扩展是导致结构失效的主要原因。关键词：复合材料结构；斜搭接接头；胶接连接；低速

3、冲击；拉伸性能中图分类号：V214．8；TB330．1文献标识码：A文章编号：1001—5965(2016)11—2306-15胶接连接具有结构轻、效率高、抗疲劳和成本低等优点，在飞机复合材料结构中得到广泛应用⋯。对于厚度较大的结构，一般选用斜搭接或阶梯搭接，可以有效降低连接区剥离应力，提高结构承载能力¨1。目前广泛应用在飞机上的胶接挖补修理结构，也可看成是斜搭接胶接接头的三维形式。连接(或修理)结构在飞行及维护过程中，经常面对冲击损伤的威胁，为满足使用要求，在受到冲击后连接结构还应当可以传递一定的载荷。因此有必要对复合材料胶接结

4、构的损伤容限特性进行研究，为飞机结构损伤容限设计提供依据。国内外学者对复合材料胶接结构的损伤容限性能进行了相关研究。Sayman等旧1通过试验研究了复合材料单搭接胶接接头在4种冲击能量下的剩余强度。Goh等H1通过拉伸试验及有限元模型对含不同胶层缺陷的斜搭接接头的损伤容限进行考察。Campilho等”o对复合材料单搭接与双搭接修理结构进行拉伸试验，考察了影响胶接修理效果和破坏模式的参数。Harman和Wang¨1通过试验及有限元方法研究了外搭接接头在高能量冲击下的损伤容限及冲击阻抗，研究表明接头尖端对于接头强度影响很大。刘遂等"1

5、对不同胶层厚度的复合材料双搭接接头拉伸强度进行了试验研究，并建立解析模型对其胶层剪切破坏进行研究。郭霞等¨1针对复合材料单搭接接头的拉伸性能进行有限元分析，研究搭接长度对单搭接接头的应力分布和破坏模式的影响。乔玉等一1通过有限元对拉伸载荷下的双阶梯形胶接接头进行渐进损伤分析，预测了接头的损伤扩展方式和连接效率。刘凯¨叫基于有限元法建立对接接头受埃佐冲击时的弹塑性模型，分析了各种因素对胶层的应力和应变响应的影响。吴坤岳⋯1通过试验及仿真对振动劈裂载荷下的单搭接接头进行了疲劳特性研究，研究其疲劳损伤及疲劳后的断裂机理。可见目前已有的研

6、究主要集中在单搭接接头、对接接头等方面，对斜搭接接头的力学性能以及对胶接连接结构冲击后剩余强度的研究相对较少。收稿日期：2015．10．26；录用日期：2016_01—15；网络出版时间：2016旬3—1514：28网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160315．1428．004．html十通讯作者：Tel．：010培2338873E-mail：zdguan@buaa．edu．cn；f用格式：聂恒昌，徐言峰，关志东，等．冲击位置对斜搭接接头冲击后拉仲性能的影响ⅣJ．北京航空航天

7、大学学报，2016，42(111：2306．2320．NIEHC．XUjF．GUANZD．eta1．TensilebehaviorofscarfjointsafterimpactindifferentlocationslJ]．JournalofBeifingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(JI)：2306—2320(inChinese)．第11期聂恒昌，等：冲击位置对斜搭接接头冲击后拉伸性能的影响2307本文对复合材料斜搭接胶接接头在不同位置开展冲击试验，通过测量凹坑深

8、度考察冲击对结构造成的损伤，并进行拉伸试验考察结构的剩余强度，在试验基础上建立三维有限元模型，分析胶接接头的冲击损伤、冲击后拉伸载荷下的应力分布和渐进损伤过程，为研究胶接接头的损伤容限特性提供参考。1试验1．1试验对象本文设计了如图1所示的斜搭接胶