扫一扫 加微信
首页 > 期刊论文 > 论文摘要
残余热应力对复合材料双面胶接含裂纹铝合金板修复结构疲劳寿命的影响
          
Effects of Thermal Residual Stress on Fatigue Life of Double-Side Adhesively Bonded Composite Repairs to Cracked Aluminum Alloy Plate Containing Crack

摘    要
为研究残余热应力对复合材料双面胶接修复损伤金属结构疲劳寿命的影响, 利用T300/E51复合材料补片对含中心裂纹的LY12CZ铝合金板进行双面胶接修复, 研究了修复结构的疲劳寿命, 并通过断口分析反推出了疲劳裂纹的扩展情况; 利用Abaqus软件建立了考虑残余热应力的修复结构的三维有限元模型, 分别计算了应力强度因子随裂纹长度的变化关系, 并利用二次多项式拟合得到了应力强度因子幅值与裂纹长度的关系式; 最后, 利用Pairs公式材料常数修正法, 对修复结构的疲劳寿命进行了预测。结果表明: 在相同的疲劳载荷条件下, 裂纹板修复结构的疲劳寿命约为未修复裂纹板的23倍; 残余热应力会增加裂纹尖端的应力强度因子;有限元模拟的裂纹板修复结构的疲劳寿命与试验结果吻合较好, 相对误差为3.7%。
标    签 复合材料   胶接修复   铝合金   残余热应力   疲劳寿命   composite   adhesively bonded repair   aluminum alloy   thermal residual stresses   fatigue life  
 
Abstract
In order to study the effect of thermal residual stress on fatigue life of double-side adhesively bonded composite repairs to damaged metallic plate, LY12CZ aluminum alloy plate containing crack was adhesively bonded with E300/E51 composite patches in two-sides, and the fatigue life of the repaired structure was studied; The crack growth was also investigated from the fracture surface analysis. Simultaneously, the 3-D finite element model with respect of thermal stress effects was built by Abaqus software, and the relations between stress intensity factor (SIF) and crack length were also been calculated by the finite element model. Meanwhile, the relationship between the SIF amplitude and crack length also was got by quadratic polynomials fitting. At last, the materials constant correction method of Pairs law was applied for the fatigue life prediction of the repaired structure. The results indicate that, under the same fatigue load conditions, the fatigue life of cracked plate repaired structure was 23 times as great as unrepaired cracked plate; SIF increased with the increase of thermal residual stress; the fatigue life of cracked plate repaired structure, which was predicted by finite element model, was in good agreement with the experimental result, and the relative error was 3.7%.

中图分类号 TB332   DOI 10.11973/jxgccl201609009

 
  中国光学期刊网论文下载说明


所属栏目 物理模拟与数值模拟

基金项目 总装“十二五”预研项目(4010901030201)

收稿日期 2015/8/12

修改稿日期 2016/7/18

网络出版日期

作者单位点击查看

备注牛勇(1987-), 男, 黑龙江伊春人, 博士研究生。

引用该论文: NIU Yong,LI Xu-dong,MU Zhi-tao,HAO Jian-bin. Effects of Thermal Residual Stress on Fatigue Life of Double-Side Adhesively Bonded Composite Repairs to Cracked Aluminum Alloy Plate Containing Crack[J]. Materials for mechancial engineering, 2016, 40(9): 38~42
牛 勇,李旭东,穆志韬,郝建滨. 残余热应力对复合材料双面胶接含裂纹铝合金板修复结构疲劳寿命的影响[J]. 机械工程材料, 2016, 40(9): 38~42


论文评价
共有人对该论文发表了看法,其中:
人认为该论文很差
人认为该论文较差
人认为该论文一般
人认为该论文较好
人认为该论文很好
分享论文
分享到新浪微博 分享到腾讯微博 分享到人人网 分享到 Google Reader 分享到百度搜藏分享到Twitter

参考文献
【1】穆志韬,曾本银.直升机结构疲劳[M]. 北京:国防工业出版社, 2009:14-15.
 
【2】杨孚标.复合材料修复含中心裂纹铝合金板的静态与疲劳特性研究[D]. 长沙:国防科学技术大学, 2006.
 
【3】ALBEDAH A, BACHIR B B, OUDDAD W, et al. Elastic plastic analysis of bonded composite repair in cracked aircraft structures[J]. Journal of Reinforced Plastics of Composites, 2011, 30(1): 66-72.
 
【4】QUDAD W, BACHIR B B, BELHOUARI M, et al. Analysis of the plastic zone size ahead of repaired cracks with bonded composite patch of metallic aircraft structures[J]. Computer Material Science, 2009, 46:950-954.
 
【5】ROSE L R F. A cracked plate repaired by bonded reinforcements [J]. International Journal of Fracture, 1982, 18: 135-144.
 
【6】徐建新,张开达.复合材料补片止裂性能的方法研究[J].工程力学, 1999,16(2): 93-98.
 
【7】WANG Q Y, PIDAPARTI R M. Static characteristic and fatigue behavior of composite repaired aluminum plates [J] Composite Structure, 2002, 56(2): 151-155.
 
【8】BAKER A A. Repair of cracked or defective metallic aircraft components with advanced fibre composites [J]. Composite Structure ,1984, 2(2):153-181.
 
【9】张移山,华庆祥.复合材料补片参数对裂纹尖端应力强度因子的影响[J].机械强度, 2004, 26(z1):100-103.
 
【10】王清远,陶华.复合材料修补件的强度和疲劳性能[J]. 材料工程, 2003(1): 21-24.
 
【11】WANG C H, ROSE L R F, CALLINAN R J. Thermal stresses in a plate with a circular reinforeement [J]. International Journal of Solids and Structures, 2000, 37(33):4577-4599.
 
【12】FREDELL R S. Damage tolerant repair techniques for pressurized aircraft fuselages [D]. Delft: Delft University of Technology, 1994.
 
【13】DAVERSCHOT D R, VLOT A, WOERDEN H J M. Thermal residual stresses in bonded repairs[J]. Applied Composite Materials, 2002, 9:179-197.
 
【14】王遵.复合材料单面补强含裂纹铝合金薄板的残余热应力及其影响研究[D]. 长沙:国防科学技术大学, 2007.
 
【15】梁重云.复合材料与补修航空铝合金结构件的性能匹配性研究[D]. 长沙:国防科学技术大学, 2002.
 
【16】苏维国,穆志韬, 朱做涛, 等. 金属裂纹板复合材料单面胶接修补结构应力分析[J]. 复合材料学报,2014,31(3):772-780.
 
【17】BAKER A A. Repair of crack or defective metallic components with advanced fiber composite[J]. Composite Structure, 1984, 2:153-181.
 
相关信息
   标题 相关频次
 航空铝合金材料腐蚀坑形状特征
 6
 加载频率对航空铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响
 6
 基于能量耗散的铝合金疲劳损伤评价
 5
 穿透型疲劳裂纹扩展与铝合金局部点蚀损伤特征参数的依存性分析
 4
 飞机用LY12CZ材料大气腐蚀环境因子灰色关联性研究
 4
 基于飞行载荷的LC9铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展
 4
 基于腐蚀等级的航空铝合金腐蚀当量关系
 4
 金属腐蚀形貌的分形表征
 4
 铝合金板预腐蚀坑萌生疲劳裂纹的几何构型
 4
 应力比对航空高强LD2CZ铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展的影响
 4
 原位研究胶接修补固化温度对LY12CZ铝合金疲劳裂纹扩展门槛值的影响
 4
 2124铝合金超厚板热轧过程温度场的数值模拟
 2
 2A12铝合金当量加速腐蚀试验
 2
 2A12铝合金微弧氧化陶瓷层的电化学腐蚀行为
 2
 2A14铝合金去应力热时效的作用
 2
 2A50铝合金钎焊钎料与钎剂的选择
 2
 2E12铝合金的疲劳性能与裂纹扩展行为
 2
 30CrNiMo8合金钢的弯曲微动疲劳特性
 2
 6 mm厚铝合金板激光搭接焊T型接头焊缝的成形性能
 2
 6000系铝合金薄壁结构压缩断裂行为的有限元模拟
 2
 6061铝合金汽车保险杠横梁的碰撞性能
 2
 6063铝合金挤压型材尺寸超差分析及模具优化设计
 2
 6063铝合金阳极氧化过程中麻点问题分析
 2
 6082T6铝合金自动焊接工艺参数的选择
 2
 60Si2MnA铁轨铺设用弹条疲劳试验断裂分析
 2
 63Sn-37Pb和Sn-3Ag-0.5Cu合金钎料的扭转低周疲劳性能
 2
 6N01铝合金中厚板三点弯曲变形行为的数值模拟
 2
 7050-T7451铝合金不同结构耳片疲劳裂纹的扩展行为
 2
 7050铝合金表面氧化膜厚度对其搅拌摩擦焊焊接接头性能的影响
 2
 7075/6009铝合金层状复合板材的固溶时效热处理工艺
 2