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复合材料胶铆混合修理损伤特性实验研究

原志翔  
【摘要】:复合材料在实际的运用过程中,有着多个指标的显著优势,这使得此类材料在很多领域实现了普遍运用,但在实际的加工过程中非常容易导致疏松、裂纹以及孔隙等问题。复合材料在服役过程中的载荷、冲击以及疲劳等多个方面的影响,都有可能导致材料出现缺陷与损伤等问题,严重的损伤会导致材料出现综合破坏效应,进一步带来结构安全等问题。所以,针对此类复合材料开展损伤检测,可以确保结构是否安全。因此,本文针对复合材料飞机蒙皮,设计、制作以及完成了配套的拉伸实验。结合声发射技术的小波包分解和频谱分析开展研究,找出信号的重点频段相对应的损伤模式。具体内容如下:(1)分别用完好板、60mm和30mm的不同修补方式的试验件,在实际实验过程中进行静拉伸实验处理试件。并进一步比较试验件在失效强度、破坏模式以及损伤形貌等多个方面的详细信息,通过此类信息可发现:胶铆混合修补的修理方式在拉伸实验中可以承担更多的载荷,且破坏位置为垂直于加载方向的最外排铆钉孔边缘处。与胶铆修补不同的是胶接修补的断裂位置为沿着垂直于加载方向的损伤孔边缘处。两种不同的修补方式之间的断口纤维断裂形式相似,且不同损伤孔对断口纤维断裂影响并不明显。(2)比较完好板、60mm与30mm孔径的不同修补方式的试验件的8个不同部位的应变,结果表明:胶接修理的损伤孔处的应变增长幅度相比其他7个应变来说最大,胶铆修理的最外排损伤孔靠近板边的铆钉处应变增长幅度最大,由断口图片可以看出应变最大的点也是断裂发生的位置,由此可以看出胶接修理的损伤孔处位置产生应力集中,胶铆修补的最外排铆钉孔靠近板边的位置产生了应力集中现象,60mm与30mm损伤孔经胶铆混合修理板应变分布规律相近。(3)用声发射技术特征频谱结合SEM拉伸试验的断口图像结合分析碳纤维复合材料的损伤模式和演化特征,通过结合碳纤维复合材料损伤特性,针对获取信号的详细时域特性以及频域特性开展研究,从而判断信号的重点频段相对应的损伤方式。得出声发射属于具有较高可行性以及处理效果良好的重要工具。


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