CN109446725A - 复合材料层间剪切强度设计许用值的试验方法 - Google Patents

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黄金昌
朱天文
于洪
徐耀青
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Abstract

本发明公开了一种复合材料层间剪切强度设计许用值的试验方法，包括：规划多种AML值的试验件，并获取多个复合材料层间剪切强度设计许用值的工艺批次影响因子、湿热环境影响因子、以及层间剪切强度基本值；根据工艺批次影响因子、湿热环境影响因子以及层间剪切强度基本值，计算复合材料层间剪切强度设计许用值。

Description

复合材料层间剪切强度设计许用值的试验方法
技术领域
本发明属于飞机复合材料结构试验、设计和应用领域，具体涉及一种复合材料层间剪切强度设计许用值的试验方法。
背景技术
现有获得复合材料层间剪切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层间剪切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，层间剪切强度越高。
发明内容
本发明的目的在于克服或至少减轻现有技术中的至少一个上述问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种复合材料层间剪切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，并获取多个所述复合材料层间剪切强度设计许用值的工艺批次影响因子、湿热环境影响因子、以及层间剪切强度基本值；
根据所述工艺批次影响因子、所述湿热环境影响因子以及所述层间剪切强度基本值，按下式计算所述复合材料层间剪切强度设计许用值，
SIL-ALL＝SBASE×CBB×CEN，
式中，SIL-ALL为层间剪切强度设计许用值，SBASE为层间剪切强度基本值，CBB为工艺批次影响因子，CEN为湿热环境影响因子。
在上述试验方法的优选技术方案中，规划多种AML值的试验件，并获取多个所述复合材料层间剪切强度设计许用值的工艺批次影响因子、湿热环境影响因子、以及层间剪切强度基本值，包括
将所述试验件规划为三种不同AML值的试验件组，并分别获取所述复合材料层间剪切强度设计许用值的所述工艺批次影响因子、所述湿热环境影响因子以及所述层间剪切强度基本值，其中，
所述三种不同AML值的试验件组包括：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。
在上述试验方法的优选技术方案中，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，分别从所述第一试验件组抽取18个第一试验件、所述第二试验件组抽取18个第二试验件、所述第三试验件组抽取18个第三试验件，并且，每组试验件均采用3个批次预浸料、2个固化循环；
在湿热环境、几何参数、铺层顺序完全相同的情况下，按下式计算所述工艺批次影响因子，
式中，CBB为工艺批次影响因子，σB基准值/RTD为室温干态状态3个批次，σ平均/RTD为室温干态状态的平均失效应变。
在上述试验方法的优选技术方案中，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多个试验件，并将多个所述试验件均分成三组，一组试验件进行低温干态试验，一组试验件进行室温干态试验，最后一组试验件进行高温湿态试验，然后按下式计算所述湿热环境影响因子，
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。
在上述试验方法的优选技术方案中，获取层间剪切强度基本值，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，在层间剪切强度基本值与AML关系图中插值得到所述复合材料层间剪切强度基本值。
本发明的有益效果为：与以往试验方法相比，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，所获层间剪切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是本发明实施例提供的工艺批次影响因子与AML关系曲线示意图；
图4是本发明实施例提供的湿热环境影响因子与AML关系曲线示意图；
图5是本发明实施例提供的层间剪切强度基本值与AML关系曲线示意图。
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此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明的实施例提供一种复合材料层间剪切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层间剪切设计试验件数量多，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，并获取多个所述复合材料层间剪切强度设计许用值的工艺批次影响因子、湿热环境影响因子、以及层间剪切强度基本值。
可选地，将试验件规划为三种不同AML值的试验件组，并分别获取每组试验件的复合材料层间剪切强度设计许用值的工艺批次影响因子、湿热环境影响因子以及层间剪切强度基本值。
作为一种可选的实施方式，三种不同AML值的试验件组包括：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
项目 构型
统计数据 平均值
试验环境 室温干态(RTD)
厚度(in) 0.18～0.26
AML -28\0\25
可选地，获取三组试验件的工艺批次影响因子，可以采用B基准值简化采样试验矩阵形式，分别从第一试验件组抽取18个第一试验件、第二试验件组抽取18个第二试验件、第三试验件组抽取18个第三试验件，并且每组试验件均采用3个批次预浸料、2个固化循环，在湿热环境、几何参数、铺层顺序完全相同的情况下，按下式计算工艺批次影响因子：
式中，CBB为工艺批次影响因子，σB基准值/RTD为室温干态状态3个批次，σ平均/RTD为室温干态状态的平均失效应变。
其中，工艺批次影响因子与AML关系详见图3。
可选地，获取三组试验件的湿热环境影响因子，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多个试验件，并将多个试验件均分成三组，一组试验件进行低温干态试验，一组试验件进行室温干态试验，最后一组试验件进行高温湿态试验，然后按下式计算湿热环境影响因子：
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。
其中，湿热环境影响因子与AML关系详见图4。
可选地，获取层间剪切强度基本值，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，在层间剪切强度基本值与AML关系图(图5)中插值得到复合材料层间剪切强度基本值。
步骤2，根据所工艺批次影响因子、湿热环境影响因子以及层间剪切强度基本值，按下式计算复合材料层间剪切强度设计许用值，
SIL-ALL＝SBASE×CBB×CEN，
式中，SIL-ALL为层间剪切强度设计许用值，SBASE为层间剪切强度基本值，CBB为工艺批次影响因子，CEN为湿热环境影响因子。
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层间剪切强度设计许用值
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 (8)

1.一种复合材料层间剪切强度设计许用值的试验方法，其特征在于，包括：
规划多种AML值的试验件，并获取多个所述复合材料层间剪切强度设计许用值的工艺批次影响因子、湿热环境影响因子、以及层间剪切强度基本值；
根据所述工艺批次影响因子、所述湿热环境影响因子以及所述层间剪切强度基本值，按下式计算所述复合材料层间剪切强度设计许用值，
SIL-ALL＝SBASE×CBB×CEN，
式中，SIL-ALL为层间剪切强度设计许用值，SBASE为层间剪切强度基本值，CBB为工艺批次影响因子，CEN为湿热环境影响因子。
2.根据权利要求1所述的复合材料层间剪切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：
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所述的复合材料层间剪切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，从所述第一试验件组抽取18个第一试验件，从所述第二试验件组抽取18个第二试验件，从所述第三试验件组抽取18个第三试验件，并且，每组试验件均采用3个批次预浸料、2个固化循环；
在湿热环境、几何参数、铺层顺序完全相同的情况下，计算所述工艺批次影响因子。
4.根据权利要求3所述的符合材料层间剪切强度设计许用值的试验方法，其特征在于，计算所述工艺批次影响因子，包括：
按下式计算所述工艺批次影响因子：
式中，CBB为工艺批次影响因子，σB基准值/RTD为室温干态状态3个批次，σ平均/RTD为室温干态状态的平均失效应变。
5.根据权利要求2所述的复合材料层间剪切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多个试验件，并将多个所述试验件均分成三组，一组试验件进行低温干态试验，一组试验件进行室温干态试验，最后一组试验件进行高温湿态试验，然后计算所述湿热环境影响因子。
6.根据权利要求5所述的复合材料层间剪切强度设计许用值的试验方法，其特征在于，计算所述湿热环境影响因子，包括：
按下式计算所述湿热环境影响因子，
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。
7.根据权利要求2所述的复合材料层间剪切强度设计许用值的试验方法，其特征在于，获取层间剪切强度基本值，包括：
规划同一材料批次、固化工艺、几何参数室温干态的三组试验件，其中，每组所述试验件包括6个试验件；
根据三组所述试验件，获取所述复合材料层间剪切强度基本值。
8.根据权利要求7所述的复合材料层间剪切强度设计许用值的试验方法，其特征在于，根据三组所述试验件，获取所述复合材料层间剪切强度基本值，包括：
在层间剪切强度基本值与AML关系图中插值得到所述复合材料层间剪切强度基本值。
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