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1、http://www.paper.edu.cn 复合材料修补件的强度和疲劳性能21复合材料修补件的强度和疲劳性能StrengthandFatigueBehaviorofCompositeRepairedComponents12王清远,陶 华(1四川大学土木工程及力学系,成都610065;2西北工业大学1001教研室,西安710072)12WANGQing2yuan,TAOHua(1DepartmentofCivilEngineeringandMechanics,SichuanUniversity,Cheng
2、du610065,China;2Faculty1001,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi′an710072,China)摘要:复合材料贴片修补损伤金属结构件已被证明是一种可靠的低成本高效益结构补强延寿方法。对复合材料贴片修补前后的含裂纹70752T6铝合金薄板进行了拉伸和疲劳性能研究。结果表明,修补后构件的强度和疲劳寿命都明显提高,随着硼2环氧复合材料补片层的增加,修补铝合金板的疲劳扩展速率显著下降,疲劳寿命可获得10倍以上的改善。基于Rose分析解发展了一个简单
3、的疲劳寿命预测模型,通过与试验结果比较证明了该模型的简单有效。关键词:复合材料修补;复合材料贴片;铝合金;强度;疲劳性能中图分类号:TG14612;TG113125文献标识码:A文章编号:100124381(2003)0120021203Abstract:Compositepatchesbondedtodefectivemetallicaircraftstructureshavebeenshowntobeahighlycosteffectivemethodforextendingtheservicelife
4、andmaintaininghighstructuralefficien2cy1Tensileandfatiguestudieswereconductedon70752T6Alsubstrateswithandwithoutbondedboronöepoxypatches1Theexperimentalresultsshowthatbothstaticstrengthandfatiguelifeoftherepairedaluminumsubstratesaresignificantlyincreasedf
5、orthebondedcompositepatches1Acon2siderabledecreaseinthefatiguecrackrateandabeyond10timesincreaseinthefatiguelifeareob2servedasthenumberofpatchpliesincreased1Asimpleanalyticalmodel,basedonRose′sanalyticalsolution,isdevelopedtopredictfatiguebehavioroftherepa
6、iredplates1Thesimplemodelshowsgoodquantitativeagreementwithexperimentaldata1Keywords:compositerepair;compositepatch;aluminumalloy;strength;fatiguebehavior 航空结构长寿命耐久性及其复合材料修补问题不可避免地出现损伤而需要修复。残余强度和疲劳行已越来越成为当今国际材料,结构与力学领域十分关为是复合材料胶结修补增强延寿最为重要的性能指[1—5]注并迅速发展的
7、课题。自20世纪70年代初复合标之一。本工作选用飞机蒙皮用铝合金70752T6作为[3—4]研究对象材料贴片首次被用来修补损伤飞机金属构件以,对含不同裂纹的基板和不同复合材料补片来,目前美,澳大利亚法国和荷兰等国已在各种军,民层修补板进行了拉伸与疲劳实验研究和分析预测。用飞机上实施复合材料修复补强超过10000例。另据1 材料与试件统计,北美国家每年花在旧工程结构的维护和修复费[6]用远远超过新公共工程建设的投资。 含裂纹的基板材料为飞机机体用70752T6铝合 复合材料贴片修补损伤金属结构件是一种可靠
8、金薄板,板厚t=116mm。复合材料贴补片为硼2环氧的低成本高效益结构补强延寿方法。该技术比传统的单向纤维片材,单层厚度为0113mm。粘合胶是3M机械联接(铆,焊)修补具有明显的优越性,如:复公司生产的AF216322结构粘胶片,其高温固化前厚合材料补片的可设计性,高比强度,高比刚度,结构度为0125mm。表1给出了三种材料的力学性能。增重小,无应力集中引入,密封联接,增强抗腐蚀能 铝合金试件长305mm,宽
