CN109446723A - 复合材料压缩强度设计许用值的试验方法 - Google Patents

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CN109446723A CN201811408348.9A CN201811408348A CN109446723A CN 109446723 A CN109446723 A CN 109446723A CN 201811408348 A CN201811408348 A CN 201811408348A CN 109446723 A CN109446723 A CN 109446723A
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黄金昌
朱天文
于洪
徐耀青
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Shenyang Aircraft Design and Research Institute Aviation Industry of China AVIC
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    • G06F2113/26—Composites

Abstract

本申请提供了一种复合材料压缩强度设计许用值的试验方法，所述试验方法包括规划多种AML值的试验件，并获取工艺批次影响因子、湿热环境影响因子、厚度影响因子、以及压缩强度基本值；根据所述工艺批次影响因子、所述湿热环境影响因子、所述厚度影响因子以及所述压缩强度基本值，计算所述复合材料压缩强度设计许用值。

Description

复合材料压缩强度设计许用值的试验方法
技术领域
本申请涉及飞机复合材料、设计和应用领域，具体提供一种复合材料压缩强度设计许用值的试验方法。
背景技术
现有获得复合材料压缩强度设计许用值的试验方法大多采用毯式曲线法，毯式曲线法中铺层角度包括0°、-45°、+45°、90°，铺层百分比数不小于10％。通过毯式曲线方法获得复合材料压缩强度设计许用值的试验就是要将图1阴影部分按照试验标准和规范尽可能填充充分。
AML(Angle Minus Longitudinal)方法被应用在对称、均衡的层合板中，层合板包括0°，90°和±45°角度层，且每一角度层所占百分比不小于10％。AML由角度层(±45°)百分比减去纵向纤维层(0°)得出。当层合板不均衡时，AML由下式表式：
所以层合板有低百分比的角度层或高百分比的纵向层，AML都会很低。AML反映的是层合板在缺陷周边或纤维中断后的载荷重新分配能力，亦反映缺陷周遍的应力严重系数，图2表明：角度层百分比越高，压缩强度越高。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种复合材料压缩强度设计许用值的试验方法，所述试验方法包括：规划多种AML值的试验件，并获取工艺批次影响因子、湿热环境影响因子、厚度影响因子、以及压缩强度基本值；根据所述工艺批次影响因子、所述湿热环境影响因子、所述厚度影响因子以及所述压缩强度基本值，按下式计算所述复合材料压缩强度设计许用值，
SUC-ALL＝SBASE*CBB*CEN*CTH
其中，SUC-ALL为压缩强度设计许用值，SBASE为压缩强度基本值，CBB为工艺批次影响因子，CEN为湿热环境影响因子，CTH为厚度影响因子。
根据本申请的至少一个实施例，规划多种AML值的试验件，包括：将所述试验件规划为三组不同AML值的试验件组，其中，所述三组不同AML值的试验件组分别为：AML值为-28的第一试验件组；AML值为0的第二试验件组；AML值为25的第三试验件组。
根据本申请的至少一个实施例，获取工艺批次影响因子，包括
采用B基准值简化采样试验矩阵形式，在湿热环境、几何参数、铺层顺序完全相同的情况下，采用如下公式进行计算获得，其中，所述试验件共采用3个批次预浸料、2个固化循环，共18个试验件；
式中，CBB为工艺批次影响因子，σB基准值/RTD为室温干态状态三个批次，σ平均/RTD为两个固化工艺的B基准值。
根据本申请的至少一个实施例，获取湿热环境影响因子，包括规划同一材料批次、固化工艺、几何参数的低温干态、室温干态以及高温湿态的试验件9组，每组6件试验件，并采用如下公式进行计算获得：
CEN＝Min(Si/SRTD)
式中，CEN为湿热环境影响因子，Si为高温湿态或低温干态平均失效应变，SRTD为室温干态平均失效应变。
根据本申请的至少一个实施例，获取厚度影响因子，包括规划同一材料批次、固化工艺、几何参数以及室温干态的试验件共9组，每组6件试验件，并采用如下公式进行计算获得：
CTH＝(St/S0.2)，
式中，CTH为厚度影响因子，St为0.12in或0.24in厚度平均压缩失效应变，S0.2为0.2in厚度平均压缩失效应变。
根据本申请的至少一个实施例，获取压缩强度基本值，包括规划同一材料批次、固化工艺、几何参数室温干态试验件共3组，每组6件试验件，在压缩强度基本值与AML关系图中插值得到所述复合材料压缩强度基本值。
本申请具有以下有益效果：以往试验方法相比，具有试验件数量更少，试验周期更短，试验经费更少，考虑影响因子更全面，所获压缩设计许用值更接近工程实际的技术特点。
附图说明
图1是结构设计中的典型毯式曲线示意图；
图2是典型的AML曲线示意图；
图3是工艺批次影响因子与AML关系曲线示意图；
图4是湿热环境影响因子与AML关系曲线示意图；
图5是厚度影响因子曲线示意图；
图6是压缩强度基本值与AML关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明的实施例提供一种复合材料压缩强度设计许用值的试验方法，用于解决以往试验方法所获得的复合材料压缩强度设计试验件数量多，试验复杂，试验周期长，试验考虑影响因素不够全面的问题，以获得更接近工程实际的层间剪切设计许用值。
该方法包括以下步骤：
步骤1，规划多种AML值的试验件，并获取工艺批次影响因子、湿热环境影响因子、厚度影响因子、以及压缩强度基本值。
可选地，将试验件规划为三组不同AML值的试验件组，并分别获取工艺批次影响因子、湿热环境影响因子、厚度影响因子、以及压缩强度基本值。
作为一种可选的实施方式，三组不同AML值的试验件组分别为：AML值为-28的第一试验件组；AML值为0的第二试验件组；AML值为25的第三试验件组。
在本实施例中，试验件的基本构型如表1所示。
表1试验件基本构型
可选地，获取工艺批次影响因子，可以采用B基准值简化采样试验矩阵形式，在湿热环境、几何参数、铺层顺序完全相同的情况下，采用如下公式进行计算获得，其中，所述试验件共采用3个批次预浸料、2个固化循环，共18个试验件；
式中，CBB为工艺批次影响因子，σB基准值/RTD为室温干态状态三个批次，σ平均/RTD为两个固化工艺的B基准值。
示例性的，图3示出了工艺批次影响因子与AML关系。
可选地，获取湿热环境影响因子，可以规划同一材料批次、固化工艺、几何参数的低温干态、室温干态以及高温湿态的试验件9组，每组6件试验件，并采用如下公式进行计算获得：
CEN＝Min(Si/SRTD)
式中，CEN为湿热环境影响因子，Si为高温湿态或低温干态平均失效应变，SRTD为室温干态平均失效应变。
示例性的，图4示出了湿热环境影响因子与AML关系曲线。
可选地，获取厚度影响因子，可以规划同一材料批次、固化工艺、几何参数以及室温干态的试验件共9组，每组6件试验件，并采用如下公式进行计算获得：
CTH＝(St/S0.2)，
式中，CTH为厚度影响因子，St为0.12in或0.24in厚度平均压缩失效应变，S0.2为0.2in厚度平均压缩失效应变。
示例性的，图5示出了厚度影响因子曲线。
可选地，获取压缩强度基本值，可以规划同一材料批次、固化工艺、几何参数室温干态试验件共3组，每组6件试验件，在压缩强度基本值与AML关系图(图6)中插值得到所述复合材料压缩强度基本值。
步骤2，根据工艺批次影响因子、湿热环境影响因子、厚度影响因子以及压缩强度基本值，按下式计算复合材料压缩强度设计许用值，
SUC-ALL＝SBASE*CBB*CEN*CTH
其中，SUC-ALL为压缩强度设计许用值，SBASE为压缩强度基本值，CBB为工艺批次影响因子，CEN为湿热环境影响因子，CTH为厚度影响因子。
在一示例中，AML值分别为-28、0和25的三组试验件中，试验件的厚度均为0.2in的符合材料层和板剪切强度设计许用值如表2所示。
表2压缩强度设计许用值
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种复合材料压缩强度设计许用值的试验方法，其特征在于，所述试验方法包括
规划多种AML值的试验件，并获取工艺批次影响因子、湿热环境影响因子、厚度影响因子、以及压缩强度基本值；
根据所述工艺批次影响因子、所述湿热环境影响因子、所述厚度影响因子以及所述压缩强度基本值，按下式计算所述复合材料压缩强度设计许用值，
SUC-ALL＝SBASE*CBB*CEN*CTH
其中，SUC-ALL为压缩强度设计许用值，SBASE为压缩强度基本值，CBB为工艺批次影响因子，CEN为湿热环境影响因子，CTH为厚度影响因子。
2.根据权利要求1所述的复合材料压缩强度设计许用值的试验方法，其特征在于，规划多种AML值的试验件，包括：
规划多种AML值的试验件，包括：
将所述试验件规划为三组不同AML值的试验件组，
其中，所述三组不同AML值的试验件组分别为：AML值为-28的第一试验件组；AML值为0的第二试验件组；AML值为25的第三试验件组。
3.根据权利要求2所述的复合材料压缩强度设计许用值的试验方法，其特征在于，获取工艺批次影响因子，包括
采用B基准值简化采样试验矩阵形式，在湿热环境、几何参数、铺层顺序完全相同的情况下，采用如下公式进行计算获得，其中，所述试验件共采用3个批次预浸料、2个固化循环，共18个试验件；
式中，CBB为工艺批次影响因子，σB基准值/RTD为室温干态状态三个批次，σ平均/RTD为两个固化工艺的B基准值。
4.根据权利要求2所述的复合材料压缩强度设计许用值的试验方法，其特征在于，获取湿热环境影响因子，包括
规划同一材料批次、固化工艺、几何参数的低温干态、室温干态以及高温湿态的试验件9组，每组6件试验件，并采用如下公式进行计算获得：
CEN＝Min(Si/SRTD)
式中，CEN为湿热环境影响因子，Si为高温湿态或低温干态平均失效应变，SRTD为室温干态平均失效应变。
5.根据权利要求2所述的复合材料压缩强度设计许用值的试验方法，其特征在于，获取厚度影响因子，包括
规划同一材料批次、固化工艺、几何参数以及室温干态的试验件共9组，每组6件试验件，并采用如下公式进行计算获得：
CTH＝(St/S0.2)，
式中，CTH为厚度影响因子，St为0.12in或0.24in厚度平均压缩失效应变，S0.2为0.2in厚度平均压缩失效应变。
6.根据权利要求4所述的复合材料压缩强度设计许用值的试验方法，其特征在于，获取压缩强度基本值，包括
规划同一材料批次、固化工艺、几何参数室温干态试验件共3组，每组6件试验件，在压缩强度基本值与AML关系图中插值得到所述复合材料压缩强度基本值。
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