补片搭接长度对修理层合板湿热振动特性的研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20231128.002

复合材料科学与工程 ›› 2023, Vol. 0 ›› Issue (11): 12-20.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20231128.002

补片搭接长度对修理层合板湿热振动特性的研究

崔开心¹, 卢翔^2*, 赵耀斌¹

1.中国民航大学航空工程学院,天津 300300;
2.中国民航大学交通科学与工程学院,天津 300300

收稿日期:2022-10-19 出版日期:2023-11-28 发布日期:2023-12-14
通讯作者: 卢翔(1969—),男,博士,教授,主要从事民机复合材料结构损伤与修理方面的研究,xlu@cauc.edu.cn。
作者简介:崔开心(1997—),男,硕士研究生,主要从事航空复合材料修理与振动方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金-民用飞机持续安全性分析技术研究(U2033209);天津市研究生科技创新项目-民航专项(2021YJSO2S13)

Research on the moisture andthermal vibration characteristics of the lap length on repair laminates

CUI Kaixin¹, LU Xiang^2*, ZHAO Yaobin¹

1. College of Aerospace Engineering, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China;
2. College of Transportation Science and Engineering, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China

Received:2022-10-19 Online:2023-11-28 Published:2023-12-14

摘要/Abstract

摘要： 根据复合材料层合板损伤尺寸确定补片的搭接长度尤为重要,合适的搭接长度能够有效提高层合板的强度,延长使用寿命。通过数值仿真与试验验证,研究湿热效应下补片的搭接长度对修理层合板振动特性的影响。基于一阶剪切变形理论(FSDT)和Hamilton原理推导了层合板在湿热效应下的本构方程和自由振动控制方程。利用ABAQUS软件建立了双面阶梯修理层合板模型,分析了在不同温度、湿度和湿热耦合作用下,使用搭接长度p分别为8 mm、10 mm、12.7 mm、14 mm、16 mm、18 mm的补片修理层合板与完整板的振动特性。结果表明:当温度T为300~320.15 K,p为12.7 mm时,层合板的热稳定性与刚度恢复效果较好;当湿度C为0%~0.158%,p为14 mm时,层合板的湿稳定性与刚度恢复效果较好;湿热耦合作用下,采用搭接长度较小的补片,固有频率变化较大,采用搭接长度过大的补片则会扩大修理区域导致层合板剩余刚度降低。p值越靠近12.7~14 mm的修理构型,湿热效应对固有频率影响越小,层合板的湿热稳定性与修理效果越好。

关键词: 搭接长度, 复合材料层合板, 阶梯挖补修理, 湿热环境, 振动特性, 固有频率

Abstract: It is particularly important to determine the lap length of the mesh according to the damage size of the composite laminate, and the appropriate lap length can effectively improve the strength of the laminate and extend the service life. Through numerical simulation and experimental verification, the effect of the lap length of the mesh on the vibration characteristics of the repair laminate under the effect of hygrothermal was studied. Based on the first-order shear deformation theory (FSDT) and Hamilton’s principle, the constitutive equation and the free vibration control equation of laminates under hygrothermal effect are derived. The double-sided stepped repair laminate model was established by ABAQUS software, and the vibration characteristics of the patch repair laminate and the complete board using p of 8 mm, 10 mm, 12.7 mm, 14 mm, 16 mm and 18 mm respectively were analyzed under the coupling action of different temperatures, moisture contents and hygrothermal. The results show that when the temperature T is 300~320.15 K and the lap length (p) is 12.7 mm, the thermal stability and stiffness recovery effect of the laminate are better; when the moisture content C is 0%~0.158% and the p-value is 14 mm, the wet stability and stiffness recovery effect of the laminate are better. Under the coupling of hygrothermal, the natural frequency changes greatly by using a patch with a small lap length, and the use of a patch with an excessive lap length will expand the repair area and reduce the remaining stiffness of the laminate. The closer the p-value is to the repair configuration of 12.7~14 mm, the smaller the influence of hygrothermal effect on the natural frequency, and the better the moist heat stability and repair effect of the laminate.

Key words: lap length, composite laminates, ladder digging and repair, hygrothermal effect, vibration characteristics, natural frequency

中图分类号:

TB332

崔开心, 卢翔, 赵耀斌. 补片搭接长度对修理层合板湿热振动特性的研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(11): 12-20.

CUI Kaixin, LU Xiang, ZHAO Yaobin. Research on the moisture andthermal vibration characteristics of the lap length on repair laminates[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2023, 0(11): 12-20.

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Research on the moisture andthermal vibration characteristics of the lap length on repair laminates

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