不同修补工艺下的大厚度树脂基复合材料修补片热应力

摘要

建立了大厚度碳纤维复合材料修补片与母板共固化的有限元数学模型和计算方法,并采用已有实验结果验证了数学模型和计算方法的正确性。计算了修补片与母板共固化过程中的温度、固化度及热应力变化过程,研究了挖补斜度、纤维铺层方向、纤维铺层顺序等修补工艺参数对修补片固化过程中不同阶段温度及热应力场分布的影响。研究结果表明,挖补斜度对于升温和保温阶段修补片内的热应力影响较大,对于降温结束后的修补片热应力影响较弱。增大挖补斜度,可减小大厚度修补片升温和保温过程的热应力,也可避免较大的热应力集中。在整个固化过程中,0°铺层角对应的修补片内的残余热应力最小,90°铺层角对应的修补片内的残余热应力最大,且在修补片顶部中心有较强的应力集中。为了减小残余热应力,纤维的排布方向应平行于修补片与母板接触面,即母板的铺层方向。对称铺层的修补片在整个固化过程中的热应力较小,而顺序间隔铺层和反对称铺层的修补片内热应力较大,大厚度树脂基复合材料修补片应采用对称的铺层设计原则。