·工程实践·
含穿透损伤泡沫夹层结构的修补及拉伸性能
喻辉刘峰张春高鸿渐
（中国民用航空飞行学院，广汉618307）
文摘建立了复合材料泡沫夹层结构含穿透损伤挖补维修的三维有限元模型，对其在单、双向拉伸载荷作用下进行了有限元分析，根据各铺层的材料主方向的应力分布，采用最大应力强度准则计算了挖补维修前后结构的单、双向拉伸强度。结果表明：单向拉伸载荷状态下，维修后结构强度恢复系数为88.1%，初始损伤为面内剪切失效；双向拉伸载荷状态下，维修后结构强度恢复系数为97.6%，初始损伤为纤维拉伸断裂。最佳表面额外贴补层数量为1至2层，过多贴补层会导致局部应力集中，使维修后结构强度下降。
关键调挖补维修，复合材料，泡沫芯体，夹层结构，有限元分析
中图分类号：TB332
D0I:10.3969/j.issn.10072330.2016.06.017
RepairandTensilePropertiesAnalysisof FoamCoreSandwich
PanelWithPenetratingDamage
YUHui
LIUFeng
GAOHongjian
ZHANGChun
(Civil Aviation Flight University of China, Guanghan 618307)
Abstract The three-dimensional finite element model of foam core sandwich panel with penetrating defects is established.Finite element analysis is carried out on this model under the uniaxial and twin-axial tensile loading.Ac-cording to the stress distributions of material principle direction of the scarf-patch repaired panel, the uniaxial and twin-axial tensile strength of the intact and scarf-patch repaired panels are calculated based on the strength criterion of maximum stress.It is shown that under the uniaxial tensile loading,the strength recovery coefficient of the repaired panel is 88.1%,and the initial damage mode is matrix shear failure.Under the twin-axial tensile loading,the strength recovery coefficient of the repaired panel is 97.6%,and the initial damage mode is the fracture of the reinforcing fiber. The optimum number of surface patch is one or two.More surface patches cause local stress concentration and thus strength reduction of the panel occurs.
Key wordsScarf-patch,Composite material,Foam core,Sandwichpanel,Finiteelement
0引言
复合材料具有高比强度、高比模量、良好的抗疲劳性等优点，已被广泛应用于航空航天领域"。复合材料夹层结构通过充分利用各个组成部分的性能特点可达到更好的结构效能(2)。复合材料蜂窝夹芯板在航空航天领域中得到了广泛应用，但面板与芯材的粘接性能较弱导致结构抗剪、抗压、抗剥离、抗疲劳等性能较低[3-4)。目前高性能的聚合物泡沫芯材（如 PMI泡沫)应用越来越广泛，泡沫与蜂窝相比机械加
工及生产更为简单，闭孔的泡沫结构相比开孔的蜂窝结构具有更低的吸水率，能减小维修成本(5)。
由于外部飞行环境的不断变化以及各种不可预测的突发事件，使得复合材料构件在运行过程中难免发生损伤，因此复合材料构件的修理间题成为了当前制约复合材料构件在航空航天领域上进一步扩大应用范围的主要因素之一[6]。挖补维修法因其有强度恢复率高、修理表面光顺等优点，被广泛应用于复合材料夹层结构修理中(7-9)。本文以PMI泡沫夹层复
收稿日期；2015-12-21：修回日期2016-07-12
基金项目；中国民用航空飞行学院成果转化与创新基金（CJ2013-02）；民航局科技项目重大专项（MHRD201240）；国家级大学生创新创业训练项目（201510624033）；中国民用航空飞行学院研究生创新项目（X2015-13）
作者简介：喻辉，1991年出生，硕士研究生，主要从事复合材料结构设计。E-mail：yh91eyz201209@163.com
82 万方数据
宇航材料工艺
http://www.yhclgy.com
2016年第6期