CN106468640A - 一种复合材料压损设计许用值试验方法 - Google Patents

一种复合材料压损设计许用值试验方法 Download PDF

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黄金昌
张明俊
戚岩
张东辉
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Abstract

本发明公开了一种复合材料压损设计许用值试验方法。所述复合材料压损设计许用值试验方法包括如下步骤：步骤1：通过积木式试验元件级试验获取复合材料冲击后压缩强度设计许用值具有影响的工艺批次影响因子；步骤2：通过积木式试验细节件级试验阶段获取湿热环境影响因子和复合材料压损强度基本值；步骤3：通过公式以及步骤1及步骤2中获得的数据，计算得到复合材料压损设计许用值。本申请的复合材料压损设计许用值试验方法能够解决长久以来仅靠理论计算分析获取压损强度准确性低、可靠性差的设计现状。

Description

一种复合材料压损设计许用值试验方法
技术领域
本发明涉及飞机复合材料结构试验技术领域，特别是涉及一种复合材料压损设计许用值试验方法。
背景技术
压损是指型材、加筋板等组合元件因局部失稳而导致的破坏现象。当薄壁剖面型材的长度较短时(长度与回转半径比L`/ρ小于20)，剖面发生局部失稳后，型材还能承受较大的载荷，直到发生破坏(折皱、断裂)时，剖面的轴线仍保持直线。这种破坏模式被称为压损，其对应的破坏应力称为压损强度σf。
在初步设计阶段，设计师们不可能对层压板大量预选的铺层情况和宽厚比b/t进行复杂而冗长的非线性分析计算，所以，较好的办法是采用试验研究总结出的、半经验的数据和曲线对压损强度进行预估。
目前可采用的大多数屈曲分析计算程序都是根据线弹性理论编制的，没有考虑横向剪切效应和材料非线性的影响。一般计算分析结果与试验结果相比存在较大计算误差，难于满足工程需要。
湿热环境对复合材料力学性能的影响比对金属力学性能影响严重。一般来说，湿热环境都将降低复合材料构件的失稳临界载荷。目前还没有成熟的分析方法确定湿热环境对屈曲载荷的影响。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种整体油箱温度场分析方法来克服或至少减轻现有技术的中的至少一个上述缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种复合材料压损设计许用值试验方法，所述复合材料压损设计许用值试验方法包括如下步骤：
步骤1：通过积木式试验元件级试验获取复合材料冲击后压缩强度设计许用值具有影响的工艺批次影响因子；
步骤2：通过积木式试验细节件级试验阶段获取湿热环境影响因子和复合材料压损强度基本值；
步骤3：通过公式以及步骤1及步骤2中获得的数据，计算得到复合材料压损设计许用值。
优选地，所述步骤1具体为：工艺批次影响因子CBB取自无孔板压缩试验结果，试验件尺寸为12mm×144mm，采取B基准值简化采样试验矩阵形式，试验件共采用3个批次预浸料、2个固化循环，共18个试验件；在湿热环境、几何参数、铺层顺序等条件完全相同情况下，工艺批次影响因子CBB用如下公式表示：
其中，σB基准值/RTD代表室温干态状态3个批次，2个固化工艺的B基准值；σ平均/RTD代表室温干态状态的平均失效应变。
优选地，所述步骤3中的获得湿热环境影响因子方法为：
制造同一材料批次、同一固化工艺的室温干态和高温湿态的试验件各6件，另外制造5个伴随试验件用于标定高温湿态试验件是否达到湿热平衡状态，当每个伴随试验件每7天测量重量差小于0.01％时，湿热达到平衡，开始在环境箱中对高温湿态的试验件进行高温湿态试验并对室温干态的试验件进行室温干态试验，用于得到湿热环境影响因子CEN：
CEN＝SETW/SRTD
SETW代表高温湿态平均失效应变；
SRTD代表室温干态平均失效应变。
优选地，所述步骤3中的获得复合材料压损强度基本值为：将试验件b/t取5至17之间，试验件长宽比a/b为4，每组不同b/t试验件各3个；通过压损试验获取每个试验件的压损强度基本值SRTD，绘制压损设计许用值时使用SRTD平均值，该；其中，
b/t为试验件宽厚比。
优选地，所述步骤3中的公式为：SCR＝SRTD×CBB×CEN；其中，CBB为工艺批次影响因子；CEN为湿热环境影响因子；SRTD为压损强度基本值。
本申请的复合材料压损设计许用值试验方法能够解决长久以来仅靠理论计算分析获取压损强度准确性低、可靠性差的设计现状。通过分级试验分别获得工艺批次影响因子和湿热环境影响因子，为获得复合材料压损设计许用值提供一种先进的试验研究方法。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的复合材料压损设计许用值试验方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
图1是根据本发明第一实施例的复合材料压损设计许用值试验方法的流程示意图。
如图1所示的复合材料压损设计许用值试验方法包括如下步骤：
步骤1：通过积木式试验元件级试验获取复合材料冲击后压缩强度设计许用值具有影响的工艺批次影响因子；
步骤2：通过积木式试验细节件级试验阶段获取湿热环境影响因子和复合材料压损强度基本值；
步骤3：通过公式以及步骤1及步骤2中获得的数据，计算得到复合材料压损设计许用值。
本申请的复合材料压损设计许用值试验方法能够解决长久以来仅靠理论计算分析获取压损强度准确性低、可靠性差的设计现状。通过分级试验分别获得工艺批次影响因子和湿热环境影响因子，为获得复合材料压损设计许用值提供一种先进的试验研究方法。
在本实施例中，步骤1具体为：工艺批次影响因子CBB取自无孔板压缩试验结果，试验件尺寸为12mm×144mm，采取B基准值简化采样试验矩阵形式，试验件共采用3个批次预浸料、2个固化循环，共18个试验件；在湿热环境、几何参数、铺层顺序等条件完全相同情况下，工艺批次影响因子CBB用如下公式表示：
其中，σB基准值/RTD代表室温干态状态3个批次，2个固化工艺的B基准值；σ平均/RTD代表室温干态状态的平均失效应变。
在本实施例中，步骤3中的获得湿热环境影响因子方法为：制造同一材料批次、同一固化工艺的室温干态和高温湿态的试验件各6件，另外制造5个伴随试验件用于标定高温湿态试验件是否达到湿热平衡状态(伴随试验件与试验件同时放入环境箱，待伴随试验件达到湿热平衡后开始试验)，当每个伴随试验件每7天测量重量差小于0.01％时，湿热达到平衡，开始在环境箱中对高温湿态的试验件进行高温湿态试验并对室温干态的试验件进行室温干态试验(可以理解的是，室温干态试验与高温湿态试验为相互独立的试验，并无试验先后顺序)，用于得到湿热环境影响因子CEN：
CEN＝SETW/SRTD；其中，
SETW代表高温湿态平均失效应变；
SRTD代表室温干态平均失效应变。
在本实施例中，步骤3中的获得复合材料压损强度基本值为：
将试验件b/t取5至17之间(5至17代表宽度b与厚度t的比值)，试验件长宽比a/b为4，每组不同b/t试验件各3个；压损强度是b/t的函数。通过压损试验获取每个试验件的压损强度基本值SRTD，绘制压损设计许用值时使用SRTD平均值，该；其中，
b/t为试验件宽厚比。
在本实施例中，所述步骤3中的公式为：SCR＝SRTD×CBB×CEN；其中，
CBB为工艺批次影响因子；CEN为湿热环境影响因子；SRTD为压损强度基本值。
可以理解的是，在本实施例中，B基准简化采样试验矩阵为现有技术，B基准值为现有技术所能够得到的值，可用正态分布方法获得。平均失效应变为试验获得。
可以理解的是，σETW与σRTD通过试验获得。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种复合材料压损设计许用值试验方法，其特征在于，所述复合材料压损设计许用值试验方法包括如下步骤：
步骤1：通过积木式试验元件级试验获取复合材料冲击后压缩强度设计许用值具有影响的工艺批次影响因子；
步骤2：通过积木式试验细节件级试验阶段获取湿热环境影响因子和复合材料压损强度基本值；
步骤3：通过公式以及步骤1及步骤2中获得的数据，计算得到复合材料压损设计许用值。
2.如权利要求1所述的复合材料压损设计许用值试验方法，其特征在于，所述步骤1具体为：工艺批次影响因子CBB取自无孔板压缩试验结果，试验件尺寸为12mm×144mm，采取B基准值简化采样试验矩阵形式，试验件共采用3个批次预浸料、2个固化循环，共18个试验件；在湿热环境、几何参数、铺层顺序等条件完全相同情况下，工艺批次影响因子CBB用如下公式表示：
其中，σB基准值/RTD代表室温干态状态3个批次，2个固化工艺的B基准值；σ平均/RTD代表室温干态状态的平均失效应变。
3.如权利要求2所述的复合材料压损设计许用值试验方法，其特征在于，所述步骤3中的获得湿热环境影响因子方法为：
制造同一材料批次、同一固化工艺的室温干态和高温湿态的试验件各6件，另外制造5个伴随试验件用于标定高温湿态试验件是否达到湿热平衡状态，当每个伴随试验件每7天测量重量差小于0.01％时，湿热达到平衡，开始在环境箱中对高温湿态的试验件进行高温湿态试验并对室温干态的试验件进行室温干态试验，用于得到湿热环境影响因子CEN：
CEN＝σETW/σRTD
σETW表示高温湿态平均失效应变；
σRTD表示室温干态平均失效应变。
4.如权利要求3所述的复合材料压损设计许用值试验方法，其特征在于，所述步骤3中的获得复合材料压损强度基本值为：
将试验件b/t取5至17之间，试验件长宽比a/b为4，每组不同b/t试验件各3个；通过压损试验获取每个试验件的压损强度基本值SRTD，绘制压损设计许用值时使用SRTD平均值；其中，
b/t为试验件宽厚比。
5.如权利要求4所述的复合材料压损设计许用值试验方法，其特征在于，所述步骤3中的公式为：SCR＝SRTD×CBB×CEN；其中，
CBB为工艺批次影响因子；CEN为湿热环境影响因子；SRTD为压损强度基本值。
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