● 摘要
复合材料在现代飞机结构中应用非常普遍，其维护与修理问题越来越突出。到现在为止，对复合材料结构修理问题的研究较多，但大都集中在常温干态环境条件下修理结构的拉伸、压缩等静态性能方面，对于湿热条件下的性能以及疲劳性能的研究相对较少。本文主要针对挖补修理后碳纤维复合材料层合板在湿热条件下的拉伸性能以及修理结构的疲劳性能进行研究，旨在为飞机复合材料结构的修理提供参考。 首先，利用有限元素法建立三维有限元模型，其中考虑了胶层性能的线性与非线性两种情况，对挖补修理复合材料层合板进行拉伸性能计算与分析，计算结果与试验结果吻合良好，证明了所建模型的有效性。然后，对挖补修理参数的影响进行了研究，得到了挖补角、挖补孔径、胶层厚度等参数对挖补修理层合板拉伸性能的影响。 在此基础上，利用湿/热环境条件下基体与胶层材料基本性能，计算湿态和高温及其组合环境条件对挖补层合板拉伸强度，并对挖补参数的影响以及破坏机理进行了分析。研究结果表明，湿态条件对挖补结构拉伸强度影响不大，高温的想象比较大，湿态与高温组合环境的影响更大，且胶层厚度为0.25mm时，挖补层合板的拉伸强度最高 由于缺乏必要的性能数据，本文仅对挖补层合板的拉伸疲劳性能进行了初步研究。在ANSYS软件中建立了一个有限元模型，根据各铺层的S-N曲线，以及ANSYS软件中Workbench模块，计算了挖补层合板的应力分布与各区域的疲劳寿命分布，最终给出了挖补结构的寿命。研究结果表明，高应力区（0°层的界面区域和胶层）疲劳寿命最低。 论文研究结果可为复合材料结构修理设计提供参考。