飞机复合材料胶接修补结构强度分析与试验验证

bb20920d · 发表于 2022-4-20 14:42:23

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复合材料在飞机结构中的大量使用要求有可靠的修补技术作为保证，复合材料胶接修补技术以其众多优点在飞机结构修补中得到了广泛应用。本文针对复合材料层合板的贴补和挖补这两种胶接修补方式进行了试验和数值模拟研究，分析了修补参数对修补效果的影响规律，并通过优化设计方法确定了损伤结构的最优修补参数。本文的主要研究内容包括：（1）对复合材料层合板的贴补修补结构和挖补修补结构进行了三点弯曲性能测试，得到了修补结构的强度恢复值，并分析了其破坏模式与破坏机理；（2）建立了修补结构三维有限元模型，对复合材料层合板进行渐进失效分析，通过对Marc的二次开发，赋予胶层材料梯形形式的应力-位移本构关系，采用粘结区模型模拟胶层损伤的起始和扩展，预测了修补结构的剩余强度、破坏形式和破坏机理，模拟结果与试验结果吻合较好；（3）在有限元模型的基础上，分析了各种修补参数对于修补效果的影响规律，主要包括贴补修补的补片直径、补片厚度、补片铺层方式以及挖补修补的挖补角和附加修补层；（4）通过Kriging模型建立了从修补参数到修补结构极限载荷之间的映射关系，在此基础上，采用遗传算法对修补参数进行了优化设计，优化结果与有限元计算结果吻合良好，证明了基于Kriging模型的遗传算法对于修补参数优化的适用性；（5）基于PCL语言，分别针对贴补修补结构和挖补修补结构建立了参数化快速建模模块，并用Visual C#编写了相应的用户界面，形成了修补结构强度分析软件平台，方便用户使用。

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