第２５卷２００６年第９期
９月
机械科学与技术
ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ－２５Ｎｏ．９
Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ２００６
吕胜利文章编号：１００３—８７２８（２００６）０９—１０１８旬３
复合材料修补结构疲劳寿命分析方法研究
吕胜利，姚磊江，童小燕
（西北工业大学国防科技研究院，西安７１００７２）
摘要：结合工艺方法，研究典型缺陷损伤的修理方法，针对复合材料修补结构应力分布复杂的特点，在剩余强度衰减模型的基础上引入局部应力应变法的分析思想，建立起复合材料修补结构的疲劳寿命预测模型。通过建立修补结构的力学分析模型，在分析了修补结构的危险部位和应力集中的基础上，利用寿命预测模型，分析和讨论补片直径和补片厚度两个修补参数对修补结构疲劳寿命的影响规律。
关键词：疲劳寿命；修补结构；复合材料
中图分类号：０３４６．２文献标识码：Ａ
Ｆａｔｉｇｕｅ
Ｌ溉ＡｎａｌｙＳｉｓＭｅｔｌｌｏｄｆｏｒＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｎｌｃｔｕ瑚
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（ＤｅｆｅｎｓｅｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｃａｄｅｍｙ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｍＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌｕｎｉｖｅｒｓｉ哆，ｘｉ’ａｎ７１００７２）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｃｒａｆｔｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｐ印ｅｒｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｒｅｐａｉｒｍｅｔｈｏｄｆｏｒｄ锄ａｇｅｄｃｏｍ—ｐｏｓｉｔｅｓｔｍｃｔｕｒｅｓ．Ｂｅｃａｕｓｅ
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ＫｅｙｗＯｒｄｓ：ｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅ；ｒｅｐａｉｒｅｄｓｔｌｌｌｃｔｕｒｅ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌ
７０年代初澳大利亚航空研究室（ＡＲＬ）的Ａ．Ａ．Ｂａｋｅｒ等人提出复合材料胶接止裂修补技术，胶接修理成为复合材料常用的修理方法之一。英国帝国理工大学在９０年代初利用有限元技术进行了复合材料胶接补强研究，采用外贴复合材料补片进行临时修补，嵌接复合材料补片进行永久性修补的方式，分析了各修补几何参数对修补效果的影响…。ｓ．Ｈ．Ａｈｎ和Ｇ．ｓ．ｓＲｒｉｎｇｅｒ对挖补和贴补两种修补方式进行了大量的试验研究【２Ｊ，并提出了修补结构的分析模型‘３１。
崔元庆【４１和白金泽”１分别采用不同的有限元分析方法，研究了贴补和挖补两种修补形式的参数优化问题。姚磊江等∞１通过强度试验验证了复合材料穿透型损伤和非穿透型损伤的胶接修理工艺和修理设计的可行性，并研究了修理参数对修理效果的影响。
目前关于复合材料胶接修补力学分析的研究大都限
收稿日期：２００５一０９一１５
基金项目：航空科学基金项目（０３８５３０７９）资助
作者简介：吕胜利（１９６６一），男（汉），陕西，副教授
Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｓｌｖ２００３＠１６３．ｃｏｍ于静载荷情况，只有少数学者对疲劳载荷下的胶接修补问题进行研究，如英国Ｇ１鹊９０ｗ大学的陆ｏｘ和Ｈａｓｌｌｉｍ对ＧＲＥ管子胶接接头的疲劳行为进行了研究ｐｏ，日本大阪大学的ＭａｋｏｔｏＩｍａＩｌａｋａ等研究了ＣＦＩ啦管子胶接接头的疲劳寿命评估方法喁Ｊ，印度科技大学的Ｒａｏ等对复合材料修补结构的剩余强度和寿命预测方法进行了研究一Ｊ。本文基于剩余强度衰减理论和局部应力应变原理，提出了一种复合材料修补结构的疲劳寿命预测方法，并讨论了修补参数对修补结构疲劳寿命的影响规律。
１胶接修补结构疲劳预测方法
１．１剩余强度衰减理论
对于复合材料层合板，假设其静强度服从双参数ｗｅｉｂｕｌｌ分布，并假设剩余强度衰减率与剩余强度的ｃ一１次方成反比，即
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ｄｎｃ“。‘ｆｎ）
式中：Ｒ（ｎ）为剩余强度；．ｓ为循环应力；∞为加载频率；占为
应力比；ｎ为循环数。 万方数据