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《南京航空航天大学》 2019年
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温度环境下层合板低速冲击及剩余强度与剩余寿命研究

黄智  
【摘要】:随着航空工业的发展,先进复合材料在航空结构中的使用比例日益增大。复合材料整体性能优越,但抗冲击性较差,而在制造、使用和维护的过程中,复合材料层合板不可避免的会受到外物的冲击。当冲击能量较低时,除了层板表面可见损伤外,其内部也会产生多种形式的损伤,这些损伤无法直接观察,但会严重降低层板的强度,在受交变载荷作用时,这些损伤也会迅速扩展,从而降低层板的疲劳寿命。此外,航空部件经常在热环境下工作,在温度升高时,复合材料的力学性能普遍会有所降低,其抗冲击性能也会受到影响。因此,开展温度环境下复合材料层合板的冲击损伤及损伤后的剩余强度及剩余寿命研究是非常有必要的。本文的主要工作内容如下:(1)发展了一种考虑温度影响的的复合材料层合板冲击损伤及其剩余强度和剩余疲劳寿命的逐渐损伤分析模型和全程分析方法。本文首先发展并建立了考虑温度影响的层板低速冲击损伤分析方法,然后基于损伤等效理论,将低速冲击过程的最终损伤状态作为剩余强度分析和剩余寿命分析的初始损伤状态,建立了考虑温度影响的含低速冲击损伤层板的剩余强度和剩余疲劳寿命分析方法。(2)提出了一种高温夹板式一体化冲击方案与试验技术,温度的冷端补偿误差在±2℃以内,适用于考虑温度影响的复合材料落锤式冲击试验。(3)开展了温度环境下复合材料层板的低速冲击试验和含冲击损伤层板的剩余强度和剩余疲劳寿命试验。本文针对T300/QY8911-IV复合材料层板,分别在20℃、130℃、180℃温度下开展了不同能量的低速冲击试验,并对冲击后试件在相应温度下进行了静拉伸试验和不同应力水平下的疲劳试验,获得了层板低速冲击损伤投影面积、冲击后剩余强度和冲击后不同应力水平下的剩余疲劳寿命。(4)进行了模型有效性的检验并分析了层板的损伤扩展规律。通过对仿真预测结果和试验结果进行对比分析,验证了所发展的考虑温度影响的的复合材料层合板冲击损伤及其剩余强度和剩余疲劳寿命全程分析方法的有效性;结合试验和仿真分析,对温度和冲击能量对层板低速冲击损伤及剩余强度和剩余疲劳寿命的影响规律进行了分析,并通过数值仿真进一步分析了层板在不同加载过程的损伤扩展规律。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:V215;V250

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