复合材料单面胶接修复含中心裂纹铝合金板的疲劳特性分析

利用真空袋压工艺,采用单向炭纤维复合材料补片对中心裂纹铝合金板进行了单面胶接修补。测试了复合材料修补板的静态拉伸强度及修补板在拉拉疲劳过程中的裂纹扩展、界面脱粘和剩余拉伸强度等疲劳性能。结果表明,复合材料补片胶接修补能有效地提高裂纹板的破坏强度和刚度,降低裂纹板的疲劳裂纹扩展速率,提高其疲劳寿命。裂纹板经单向炭纤维/环氧复合材料补片修补后,其破坏强度从311.48mpa提高到364.74mpa,疲劳寿命从32217次提高到77546次。疲劳导致修补结构的粘接界面脱粘,脱粘区域近似椭圆形;脱粘面积随疲劳周次的增加而增加,且增加的幅度与疲劳周次相关。

采用微波快速固化胶粘剂的方法通过实验对铝合金材料的裂纹进行了修复,研究了修复工艺,并采用数学和有限元分析的方法分析了含裂纹的铝合金板材修复前后的力学性能变化情况,同时对比了其他方式的修复后强度,观察了修复效果,结果表明:修复后铝合金材料的双向拉伸性能可恢复到原材料的95%以上,静强度可恢复到原材料的102.9%.

复合材料补片胶接技术是一种有效修复飞机受损铝合金构件的低成本方法。补片与铝合金材料热膨胀系数的显著差异,会在构件中引入残余热应力,对构件性能造成不利影响。文中采用单向碳/环氧复合材料补片对航空铝合金ly12cz薄板进行单面补强,并通过确定应力释放温度测量了铝板及补片上的残余热应变。结果表明,对完好铝板而言,铝板和补片的残余热应变可分别达到-488με和285με;对于含中心裂纹铝板而言,裂纹长度对于残余热应变的影响较小。采用经典层合板理论和双金属片模型分别预测了复合材料补片及铝合金板在胶接面上的残余热应力。经典层合板理论对补片和完好铝板残余热应力的预测值分别为-79.8mpa和50.8mpa;双金属片模型的计算值偏大,分别为-98.4mpa和64.6mpa。

利用热压成型工艺、采用预固化的单向碳纤维/环氧复合材料补片对铝合金裂纹板进行了修补,测试了裂纹板胶接修补前后的破坏强度、疲劳寿命及裂纹扩展情况,观察了破坏后的断口形貌,分析了复合材料补片的止裂机理。结果表明,经过单向碳纤维/环氧复合材料补片胶接修补后,其破坏强度和疲劳寿命均有显著的提高,破坏强度提高了34.28%,恢复到完好板的85.83%,疲劳寿命提高2.06倍;裂纹板的临界裂纹长度从17.86mm增加到28.64mm,从而延长了裂纹缓慢扩展阶段,延缓了裂纹快速扩展;其断口形貌方式发生生了明显的变化。

采用单向硼纤维/环氧复合材料补片真空袋压工艺单面修复不同厚度含中心裂纹铝合金板,测试了修复试件的热学及准静态力学性能,并采用三维有限元模型分析了修复试件的残余热应变和应力强度因子。结果表明:修复试件的弯曲挠度随铝合金板厚度增大而减小;修复试件铝合金板下表面裂纹尖端附近的残余热应变随铝合金板厚度增大而增大,补片上表面的残余热应变则随铝合金板厚度增大而减小,这与有限元分析结果吻合较好。含中心裂纹铝合金板的应力强度因子随铝合金板厚度增大而减小,而单面修复试件的应力强度因子随铝合金板厚度增大而增大。采用相同长度和宽度的单向硼纤维/环氧复合材料补片单面修复后,铝合金板厚度为1.76mm修复试件的承载能力保留率为93.85%,而厚度为10.20mm修复试件的只有84.01%;修复试件的刚度得到了完全恢复,等效刚度均大于完好试件的刚度。

采用单向碳/环氧复合材料补片真空袋压工艺单面修复含中心裂纹铝合金板,进行0-1700h盐雾梯度腐蚀试验,测试并对比分析了各腐蚀时间结点上试件修复前后的疲劳性能,从疲劳寿命、疲劳临界裂纹长度和paris公式材料常数(c和m)的变化三个方面考察不同盐雾腐蚀深度对铝合金裂纹板修复前后的疲劳性能差异。结果表明:碳/环氧补片胶接修复铝合金板能大幅度提高疲劳寿命,且未经修复的裂纹板在腐蚀1700小时后疲劳寿命下降53.8%,而修复板仅为38.6%。修复板疲劳裂纹临界长度acr大于未修复裂纹板,且随盐雾腐蚀时间延长,裂纹板和修复板acr变化不大,可作准判据使用。由试验数据得到的不同腐蚀时间上试样的材料常数c和m随腐蚀时间延长而减小。利用paris公式可较好拟合铝合金板疲劳寿命及paris区内的疲劳裂纹扩展行为,但疲劳寿命预测值与实际值的差异由未经腐蚀时的5%左右增大到腐蚀1500h时的10%左右。

近年来,采用frp修复受损铝合金构件的研究已受到了广泛关注并取得了一定的进展。对复合材料修复铝合金裂纹板的试验研究,包括不同胶接长度、不同表面处理和不同刚度比等因素对其疲劳性能的影响规律,以及有限元方法预测疲劳性能进行了综述与分析;对试验结果与有限元预测的疲劳寿命进行了比较;并展望了今后的研究趋势。

采用真空袋压技术将t300/cyd128复合材料补片胶接修复于含中心裂纹的铝合金1.76mm薄板。研究了实验室模拟湿热环境对复合材料修复铝合金薄板的力学性能影响,修复用复合材料的吸湿特性,以及修复用复合材料拉伸试样及其基体树脂浇铸体的湿热性能。结果显示,浇铸体饱和吸水率为0.9%,复合材料吸湿动力学曲线则出现台阶;随湿热老化时间延长,浇铸体与复合材料拉伸性能先升后降,其性能峰值出现时间分别为500h(73.9mpa)和300h(1531mpa);随湿热老化时间延长,铝合金裂纹板拉伸性能基本呈线性下降,断裂载荷下降速率δn=0.12kn/100h,修复板性能出现波动。

由于腐蚀坑不同位置的应力状态的差异,由腐蚀坑萌生的裂纹扩展行为仅仅用应力强度因子分析无法得到准确预测。考虑裂纹闭合效应的存在,本工作对于这种裂纹的应力场进行了分析,研究了其几何尺寸在裂纹扩展过程中的变化,理论分析表明这种几何形状的变化与材料形状以及应力范围的大小关系不大。对于裂纹扩展的几何形状变化的验证性试验的试验结果与理论分析的结果吻合程度良好。

本文选用具有高阻尼性能的al-78%zn合金与具有高强度、良好塑性和较高抗腐蚀能力的铝合金热轧复合,采用al-78%zn板与增强铝合金板不同的复合方式与不同的厚度比复合,在相同的加工工艺条件下,探讨al-78%zn与铝合金不同复合方式和不同的复合厚度比对复合材料的阻尼性能与力学性能的影响,从而得出具有高阻尼、高强度、良好塑性与冷加工性能、轻质、抗腐蚀性能高的减振材料的最佳复合方式与最佳的复合厚度比例。

采用声发射技术对单向拉伸载荷作用下复合材料单搭接胶接头的剪切破坏试验进行实时监测的方法,研究搭接长度对单搭接胶接头损伤破坏的影响规律及其相应的声发射响应特征。结果表明,随搭接长度的增加,引起单搭接胶接头的受力不均匀性增加,损伤易发生在胶层边缘应力集中区域,胶接头承载能力不断上升的同时,平均剪切应力逐渐降低;胶层边缘应力集中更明显,从而出现较多的声发射信号,且幅度在60~80db的声发射信号明显增多,声发射撞击累积数有上升趋势。声发射相对能量、幅度分布等声发射信号与胶层的损伤破坏过程相对应。

采用单向硼/环氧复合材料补片真空袋压工艺单面修复含中心裂纹不同厚度铝合金板,测试了修复试件的疲劳性能,从疲劳寿命、疲劳裂纹扩展速率和裂纹扩展纹线考察不同厚度铝合金板修复后疲劳性能的差异。结果表明:硼/环氧补片胶接修复后,铝合金板的疲劳寿命大幅度提高,且疲劳寿命提高幅度随铝合金板厚度增大而降低。厚度为1.76mm、5.20mm和10.20mm3种铝合金板修复试件的疲劳寿命分别是未修复试件的22.30倍、12.84倍和8.40倍。厚度为1.76mm铝合金板修复试件在铝合金板完全断裂后还能继续承担疲劳载荷,而厚度为5.20mm和10.20mm2种铝合金板修复试件在铝合金板断裂后完全破坏。裂纹扩展速率和归一化裂纹长度差均随铝合金板厚度增大而增大。

铝合金板和锌合金板屋面

铝合金与碳纤维复合材料胶接结构耐老化性能研究

目前,复合材料在航空工业和武器工业中的材料应用比例逐年上升,复合材料的应用程度已经成为现代先进飞机结构设计的重要标志之一.复合材料与金属件之间的连接工艺尤其受到人们的关注.本篇主要描述了通过收集铝合金与碳纤维复合材料胶接老化后剪切性能数据,以期能从中找出规律,为复合材料结构的连接设计提供依据.

采用"热轧+中间退火+冷轧+轧后退火"法复合轧制aa1100/aa7075/aa1100三层铝合金板。利用金相、sem-eds观察微观组织变化及界面元素扩散,由显微硬度和拉伸试验测定复合板力学性能。结果表明,aa7075层组织呈拉伸纤维状沿轧向分布;热轧包覆率不变,中间退火后包覆率随冷轧应变的增加先减小后几乎不变;结合界面处存在mg、zn元素扩散。轧后退火使复合板强度降低、塑性增加,硬度沿厚度方向呈现梯度变化规律。

基于abaqus有限元仿真软件,对5042铝合金板在复合拉深工艺下的制耳规律进行了三维数值模拟。通过分析复合拉深工艺中板料成形后的筒高,及厚度、应变的分布规律,探讨了5042铝合金板在这种复合工艺下的成形和制耳规律,揭示了相关塑性变形的机理。

为了获得铝合金板即典型结构件的阻尼特性参数——阻尼比ξ值,文中对两种铝合金板件(普通铝和高阻尼铝)采用悬臂梁自由衰减振动法,较简便、准确地测得材料的ξ值。这里详细介绍了该测试试验的理论依据、实施条件、操作步骤和其准确度的仿真验证;并通过对后续试验数据进行处理和对比分析,得出高阻尼铝ξ值为普通铝的1.8倍;且高阻尼铝本身表现出非定值阻尼特性。上述试验结论将为结构减振及优化设计提供借鉴。

基于非线性超声调制频谱法,对航空铝合金板材中的疲劳裂纹识别进行研究;以两个不同频率的超声兰姆波为激励信号,依靠超声换能器、波形发生器和激光测振仪等,对含有疲劳裂纹和无损伤的2024-t351铝合金薄板试样进行对比实验;分别采用时域、频域和时频域联合法分析非线性超声波在铝合金薄板试样中传播的响应信号。结果表明:非线性声学特征即调制频谱及三阶谐波可作为识别2024-t351铝合金板材介质中疲劳裂纹的判据,通过对试样表面进行扫描,建立调制频谱的峰值幅度与位移的关系,据此可确定样板中疲劳裂纹的位置和轮廓,这为航空铝合金板材疲劳裂纹的识别提供更多技术支撑。

铝合金板市场分析

铝合金板市场分析讲课教案

在分析铝合金成形过程中的摩擦机理与润滑特点的基础上,论述了影响铝合金工件成形的主要因素,阐述了工件质量与工件材质、变形条件、应力状况、润滑剂类型等的相互关系,并指出了改善铝合金工件应注意的问题。