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复合材料层合板阶梯型胶接修补斜度有限元数值模拟研究
摘要：
本文针对复合材料层合板在使用过程中可能出现的损伤和断裂问题，提出了一种阶梯型胶接修补方案，并采用有限元分析方法进行了数值模拟研究。通过对模型的力学性能和应力分布进行分析，得出了阶梯型胶接修补方案在应对复合材料层合板损伤问题方面的有效性。
关键词：
复合材料层合板，阶梯型胶接修补，有限元分析，数值模拟研究
1.引言
复合材料层合板由于其优异的机械性能和轻质化特点，在航空、航天、汽车等领域得到广泛应用。但是，由于其组成的材料不同系数，使其在使用过程中可能出现的损伤和断裂问题，影响其使用寿命和安全性能。因此，对于这种复合材料层合板的修补和加固方案研究显得尤为重要。
2.阶梯型胶接修补方案
在复合材料层合板的维修中，胶接修补常常被应用到实践中。在这些胶接修补方案中，阶梯型胶接修补方案由于其具有良好的承载能力和稳定性而备受人们青睐。其主要原理是在振动、剪切、拉伸等应力下，通过压紧、拉伸带、热敏塑料等材料的阶梯型修补，增加复合材料层合板的承载能力。
3.有限元分析
有限元方法是工程界广泛采用的一种解决力学问题的数值分析技术。其优点在于可以通过离散化技术将复杂的结构模型转变为一个简单的有限元网格，便于计算机进行处理。在本研究中，通过有限元分析方法对采用阶梯型胶接修补方案的复合材料层合板进行模拟分析，得到了复合材料层合板在不同载荷下的应力分布情况。
4.数值模拟研究
4.1模型的几何结构
本研究采用的复合材料层合板模型为一个长方形，尺寸为600mmx200mm，厚度为5mm。其由4层材料组成，顶层和底层分别是甲醛树脂玻璃纤维复合材料，中间两层是碳纤维复合材料。模型中间设置了一个孔洞，模拟复合材料层合板出现的损伤和断裂问题。
4.2材料属性
在本研究中，采用ABAQUS软件对模型进行数值模拟研究。根据材料的实际物理性质设置模型的材料属性，包括弹性模量、泊松比、拉伸强度等参数。
4.3阶梯型胶接修补方案
在模型的损伤区域上，采用阶梯型胶接修补方案进行修补。具体方案如下：在损伤区域四周各设置一个阶梯型的修补带，并在其上涂覆热敏塑料。在修补带上覆盖一层增强层，以增强其承载能力。在修补带上的热敏塑料被加热后，由于其材料的热胀冷缩性质，使其与复合材料层合板产生粘合作用，增强复合材料层合板的整体承载能力。
4.4模拟分析
通过ABAQUS软件对模型进行数值模拟研究，根据不同载荷下模型的应力分布情况进行分析。研究结果表明，采用阶梯型胶接修补方案后，复合材料层合板在载荷作用下的应力分布更加均匀，承载能力更加稳定，其破坏点也更容易被控制。
5.结论
本研究采用阶梯型胶接修补方案，并通过有限元分析方法进行数值模拟研究。研究结果表明，阶梯型胶接修补方案在复合材料层合板维修中具有较好的效果，修补后的复合材料层合板更加稳定和具有更强的承载能力。
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