复合材料蜂窝夹芯修补结构弯曲特性与温度相关性研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20210428.006

复合材料科学与工程 ›› 2021, Vol. 0 ›› Issue (4): 41-49.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20210428.006

复合材料蜂窝夹芯修补结构弯曲特性与温度相关性研究

余芬, 郭拓, 何振鹏^*, 但敏

中国民航大学航空工程学院,天津300300

收稿日期:2020-08-10 出版日期:2021-04-28 发布日期:2021-04-30
通讯作者: 何振鹏(1985-),男,副教授,主要从事机械结构强度及复合材料失效方面的研究,hezhenpeng@tju.edu.cn。
作者简介:余芬(1963-),女,教授,主要从事航空复合材料制造与修理方面的研究。
基金资助:
天津市自然科学基金项目(18JCQNJC05400);天津市教委自然科学项目(2018KJ240);中国民航大学实验技术创新基金(2018CXJJ19)

STUDY ON THE RELATIONSHIP BETWEEN BENDING CHARACTERISTICS AND TEMPERATURE OF COMPOSITE HONEYCOMB SANDWICH REPAIR STRUCTURE

YU Fen, GUO Tuo, HE Zhen-peng^*, DAN Min

Aeronautical Engineering Institute, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China

Received:2020-08-10 Online:2021-04-28 Published:2021-04-30

摘要/Abstract

摘要： 建立复合材料蜂窝夹芯修补结构的渐进损伤分析模型,研究修补后蜂窝夹芯结构在弯曲载荷作用下的极限承载能力及损伤破坏模式,并进一步研究修补结构弯曲性能与温度的相关性。通过编写VUMAT子程序,设置补片以及蜂窝损伤板的失效准则及刚度退化模式,选用Cohesive单元以模拟修补结构中胶层的损伤状况,完成复合材料蜂窝夹芯修补结构的渐进损伤分析。研究结果表明:结构弯曲承载能力和胶层的粘结能力受温度影响较大,结构弯曲承载强度随温度的升高而减小,且脱粘失效会破坏结构的完整性;蜂窝夹芯结构面板基体损伤首先发生在90°方向铺层处,纤维基体剪切损伤首先发生在面板0°铺层处,并沿垂直于施载方向扩展至自由边界。

关键词: 复合材料蜂窝夹芯结构, 胶接修补, 渐进损伤模型, VUMAT子程序, 温度相关性

Abstract: The progressive damage analysis model of composite honeycomb sandwich repair structure is established, and the ultimate bearing capacity and damage failure mode of repaired honeycomb sandwich structure under bending load are studied, and the correlation between bending performance and temperature of repaired structure is further studied. By programming the VUMAT subroutine, setting the failure criteria and stiffness degradation mode of the patch and honeycomb damaged plate, and using the cohesive element to simulate the repair adhesive layer, the progressive damage analysis of composite honeycomb sandwich repair structure was completed. The results show that the bending bearing capacity of the structure and the bonding capacity of the adhesive layer are greatly affected by the temperature, the bending strength of the structure decreases with the increase of the temperature, and the debonding failure will damage the structural integrity. The matrix damage of the honeycomb sandwich panel first occurs at the 90° ply, and the fiber matrix shear damage first occurs at the 0° ply, and extends to the free boundary.

Key words: composite honeycomb sandwich structure, adhesive repair, progressive damage model, VUMAT subroutine, temperature dependence

中图分类号:

TB332

余芬, 郭拓, 何振鹏, 但敏. 复合材料蜂窝夹芯修补结构弯曲特性与温度相关性研究[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(4): 41-49.

YU Fen, GUO Tuo, HE Zhen-peng, DAN Min. STUDY ON THE RELATIONSHIP BETWEEN BENDING CHARACTERISTICS AND TEMPERATURE OF COMPOSITE HONEYCOMB SANDWICH REPAIR STRUCTURE[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2021, 0(4): 41-49.

参考文献

[1] 杜善义, 关志东. 我国大型客机先进复合材料应对策略思考[J]. 复合材料学报, 2008, 25(1): 1-10.
[2] 杜善义. 先进复合材料与航空航天[J]. 复合材料学报, 2007, 24(1): 1-12.
[3] DUONG C N, WANG C H. Composite repair theory and design[M]. Netherlands: Elsevier BV, 2007: 105-134.
[4] 赵美英, 孙晓波, 万小朋. 蜂窝夹芯结构板芯脱胶修补研究[J]. 航空学报, 2003(5): 474-476.
[5] HANSEN I. Compression behavior of FRP sandwich specimen with interface debonded[J]. Journal of Composite Materials, 1998, 32(4): 335-360.
[6] AVERY J L, SANKAR B V. Compressive failure of sandwich beams with debonded face-sheets[J]. Journal of Composite Materials, 2000, 34(14): 1176-1199.
[7] 李剑峰, 燕瑛, 廖宝华, 等. 复合材料蜂窝夹芯结构单面贴补弯曲性能的分析模型与试验研究[J]. 航空学报, 2013, 34(8): 1884-1891.
[8] 汪海, 陈秀华, 郭杏林, 等. 复合材料蜂窝夹芯结构修理后强度研究[J]. 航空学报, 2001, 22(3): 270-273.
[9] 白云鹤, 于开平, 赵锐, 等. 高温与脱粘对复合材料蜂窝板模态特性影响的试验[J]. 复合材料学报, 2018, 35(4): 885-895.
[10] 王丹勇, 温卫东, 崔海涛. 复合材料单钉接头三维逐渐损伤破坏分析[J]. 复合材料学报, 2005(3): 168-174.
[11] TSERPES K I, PAPANIKOS P, LABEAS G, et al. Fatigue damage accumulation and residual strength assessment of CFRP laminates [J]. Composite structures, 2004, 63(2): 219-230.
[12] 乔玉, 周光明, 刘伟先, 等. 复合材料阶梯形胶接接头渐进损伤分析[J]. 南京航空航天大学学报, 2014, 46(4): 632-637.
[13] 庄茁, 由小川, 廖剑晖, 等. 基于ABAQUS的有限元分析和应用[M]. 北京: 清华大学出版社, 2009.
[14] 刘国春, 庞杰, 杨文锋, 等. 玻璃纤维泡沫夹芯板挖补修理弯曲性能试验与有限元模拟[J]. 复合材料科学与工程, 2020(2): 76-80.
[15] 郭轩, 关志东, 邱诚, 等. 蜂窝夹芯挖补修理结构弯曲性能研究[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(7): 1528-1536.
[16] 李鹏鹏. 耐高温过滤材料的性能研究[D]. 西安: 西安工程大学, 2013.
[17] 王家伟, 朱永祥, 韦成华, 等. Nomex蜂窝夹层结构弯曲刚度温度相关性的力学建模[J]. 复合材料学报, 2020, 37(2): 376-381.
[18] 胡建平, 蔡吉喆, 肇研, 等. 湿热环境对蜂窝夹层复合材料性能的影响[J]. 材料工程, 2010(11): 43-47.
[19] 余芬, 郭拓, 刘武帅, 等. 复合材料层合板阶梯型胶接修补斜度有限元数值模拟研究[J]. 航空材料学报, 2020, 40(4): 99-108.

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[1]	余芬, 刘国峰, 何振鹏, 金伟, 黎柏春, 孙爱俊, 钱俊泽, 张桂昌. 热力耦合作用下复合材料沉头螺栓搭接结构渐进损伤研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(3): 5-14.
[2]	张宁, 严刚. 碳纳米管薄膜电加热固化复合材料胶接修补金属结构研究[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(5): 49-54.
[3]	余芬, 刘国峰, 何振鹏, 黎柏春. 碳纤维增强复合材料沉头螺栓搭接结构强度及渐进损伤分析[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(11): 12-20.
[4]	余芬, 安伯宁, 刘武帅, 郭拓. 含槽口复合材料Ω型加筋壁板渐进损伤分析[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(4): 13-18.
[5]	赵玉卿, 姜峰, 黄争鸣. 纤维复合材料层合板在四点弯曲载荷下的损伤分析[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(2): 10-18.
[6]	刘国春, 庞杰, 杨文锋, 孙婷. 玻璃纤维泡沫夹芯板挖补修理弯曲性能试验与有限元模拟[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(2): 76-80.
[7]	侯炳强. 补片形状对复合材料胶接贴补修补影响的预测与试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(2): 111-116.
[8]	熊玉成, 巴德玛, 李长青, 崔海超. 表面处理对复合材料母板与维修补片粘接强度的影响[J]. 玻璃钢/复合材料, 2019, 0(9): 100-104.
[9]	周春苹, 刘武帅, 王轩, 曹阳丽. 含表面划伤平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧向压缩渐进失效分析[J]. 玻璃钢/复合材料, 2019, 0(7): 5-10.
[10]	袁俊俊, 李成, 铁瑛, 赵书寒. 复合材料胶接修补结构疲劳性能的数值和试验研究[J]. 玻璃钢/复合材料, 2018, 0(5): 19-24.
[11]	王跃，赵霞，穆志韬，郝建滨. 胶层Ⅰ/Ⅱ型断裂破坏内聚单元参数的确定和应用[J]. 玻璃钢/复合材料, 2016, 0(12): 60-64.