通用飞机复合材料典型损伤和修补技术

本书针对通用飞机复合材料层合板和蜂窝夹层结构的典型损伤模式，研究其满足适航要求下的修补容限、修补方法、修补前后结构强度分析技术和相关试验技术，内容涉及碳纤维修补材料、层合板、蜂窝夹层结构、复合材料连接件和复合材料机翼盒段等典型元件和结构。

目 录............................................................................................... 4 Contents............................................................................................. 8 第1章 概论................................................................................... 12 1.1 背景介绍.................................................................................. 13 1.2 国内外研究情况...................................................................... 14 1.3复合材料结构修理适航要求................................................... 20 1.3.1 修理的相关条款 20 1.3.2 修理的相关条款分析 24 1.4 复合材料结构典型损伤类型.................................................. 25 1.4.1 复合材料结构缺陷 25 1.4.2 复合材料结构损伤 26 1.4.3 损伤分类 31 1.4.4 需修理损伤 34 1.5 通用飞机典型复合材料结构修理方法的适用性研究.......... 34 参考文献 44 第2章 复合材料力学性能分析................................................... 46 2.1 复合材料的应力—应变关系................................................... 46 2.1.1 一般各向异性材料的应力—应变关系 46 2.1.2 正交各向异性材料的应力—应变关系 47 2.2 复合材料的工程弹性常数...................................................... 48 2.2.1 工程弹性常数表示的应变—应力关系 48 2.2.2 正交各向异性材料工程弹性常数的条件 50 2.3 复合材料的应力应变和刚度柔度矩阵的坐标转换........... 51 2.3.1 一般各向异性材料的应力应变和刚度柔度矩阵的坐标转换 51 2.3.2 正交各向异性材料的应力应变和刚度柔度矩阵的坐标转换 53 2.3.3 平面应力状态下应力应变和刚度柔度矩阵的坐标转换 55 2.4 复合材料层合板的刚度.......................................................... 57 2.4.1 经典层合板的基本假设 57 2.4.2 层合板的应力－应变关系 58 2.4.3 对称层合板的刚度 59 2.4.4 二维均衡层合板的刚度 60 2.4.5 三维均衡层合板的刚度 61 2.5 复合材料层合板的强度估算.................................................. 64 2.5.1 单层板的强度 64 2.5.2 层合板的强度 66 2.5.3 有限元分析中常用的层合板失效判据 69 参考文献 76 第3章 损伤及修补后无损检测技术........................................... 78 3.1无损检测技术........................................................................... 78 3.1.1 检测方法及适用性 79 3.1.2 检测设备 94 3.1.3 损伤检测和修理后检测的差异 106 3.1.4 检测方法的适航符合性验证 106 3.2复合材料结构损伤无损检测方法试验研究......................... 108 3.2.1 复合材料结构修理前后无损评估技术研究 129 3.2.2 通用飞机复合材料结构损伤检测技术与损伤评估方法的技术规范制定 142 3.2.3 复合材料典型结构修理方法与数值分析研究 146 3.3 本章小结................................................................................ 147 参考文献 147 第4章 修理材料选材试验研究................................................. 149 4.1 试验方案................................................................................ 149 4.2 玻璃化转变温度试验............................................................ 150 4.2.1 试验设备 150 4.2.2 试验步骤 151 4.2.3 试验数据 152 4.3 修补选材许用值试验............................................................ 152 4.3.1 试验材料与参数 153 4.3.2 试验过程 155 4.3.3 试验结果及讨论 156 4.4 本章小结................................................................................ 173 参考文献 173 第5章 蜂窝夹层结构损伤及修补试验研究............................. 174 5.1 修补工艺及方法.................................................................... 174 5.2 夹层结构侧压试验................................................................ 181 5.2.1 试验设备 181 5.2.2 试验步骤 183 5.2.3 实验数据 184 5.3 夹层结构弯曲试验................................................................ 186 5.3.1 试验设备及夹具 186 5.3.2 试验步骤 187 5.3.3 实验数据 188 5.4 本章小结................................................................................ 190 参考文献 190 第6章 蜂窝夹层结构损伤及修补模拟研究............................. 192 6.1 失效准则概述........................................................................ 192 6.2 蜂窝夹层结构损伤数值模拟分析........................................ 195 6.2.1 蜂窝夹层结构分层侧压 195 6.2.2 蜂窝夹层结构穿孔侧压 202 6.2.3 蜂窝夹层结构划伤后四点弯曲数值分析 206 6.3 蜂窝夹层结构修补后数值模拟分析.................................... 210 6.3.1 蜂窝夹层结构划伤修补弯曲模拟分析 210 6.3.2 蜂窝夹层结构蒙皮开胶修补模型侧压模拟分析 216 6.3.3 蜂窝夹层结构穿孔损伤修补分析 223 6.4 本章小结................................................................................ 231 参考文献 232 第7章 层合板损伤及修补试验研究......................................... 233 7.1 试验方案及工艺.................................................................... 233 7.1.1 损伤及修理试验规划 234 7.1.2 通用飞机典型复合材料损伤的修理结构设计研究 237 7.2 试验过程及结果.................................................................... 248 7.2.1 室温拉伸试验 248 7.2.2 室温压缩试验 256 7.2.3 开胶缺胶试验 264 7.2.4 孔边挤压试验 267 7.2.5 孔边拉脱试验 269 7.3 修补后机翼验证试验............................................................ 272 7.4.1 机翼正突风载荷静力试验 272 7.4.2 预制损伤并修理 277 7.4.3 修理后机翼正突风载荷静力试验 280 7.4 本章小结................................................................................ 288 参考文献 293 第8章 层合板损伤及修补模拟研究......................................... 294 8.1 层合板损伤数值模拟分析.................................................... 294 8.1.1 层合板穿孔拉伸 294 8.1.2 层合板裂口拉伸 298 8.1.3 层合板穿孔压缩 303 8.1.4 层合板裂口压缩 307 8.1.5 层合板分层压缩 312 8.1.6 层合板胶接剪切 316 8.1.7 层合板孔边挤压损伤模拟 318 8.1.8 层合板螺接拉脱损伤模拟 322 8.2 层合板修补后数值模拟分析................................................ 325 8.2.1 穿孔修补 325 8.2.2 裂口修补 372 8.2.3 分层修补 391 8.3 本章小结................................................................................ 396 参考文献 398 第9章 复合材料损伤修理容限研究......................................... 399 9.1损伤修理容限概述................................................................. 399 9.1.1 确定修与不修的界限 400 9.1.2 确定能修与不能修的界限 400 9.1.3修理指标 400 9.2 损伤容限研究方案................................................................ 402 9.3 层合板损伤修理容限............................................................ 403 9.3.1 层合板损伤修理试验数据 403 9.3.2 穿孔损伤修理容限 414 9.3.3 裂口损伤修理容限 419 9.3.4 分层损伤 425 9.4 蜂窝夹层结构损伤修理容限................................................ 427 9.4.1 蜂窝夹层结构损伤修理试验数据 427 9.4.2 穿孔损伤修理容限 432 9.4.3 开胶损伤修理容限 436 9.4.4 划伤损伤修理容限 440 9.5 本章小结................................................................................ 443 参考文献 444 第10章 复合材料损伤修理数据库........................................... 446 10.1 引言...................................................................................... 446 10.2 数据库的使用...................................................................... 446 10.3 数据库内容 456