新型纖維金屬混合層板結構的疲勞裂紋擴展與分層行為
2012-07-16 03:58:32劉建中
航空材料學報
2012年5期
關鍵詞：裂紋
黃 嘯， 劉建中
（北京航空材料研究院，北京 100095）
纖維金屬層板是由特定膠黏劑浸漬強韌纖維形成的預浸料與高強度金屬薄板相互交疊鋪層，然后經一定的固化工藝成型得到的一種層壓板。纖維金屬層板與金屬相比具有密度小、疲勞壽命長、損傷容限性能優異等特點［1］。其中ARALL和 GLARE纖維金屬層板已經成功應用于機身結構［2］。當前國際上正在將這種金屬與纖維混合層板概念進一步發展，研制將應用于機翼結構的新型混合層板。目前，荷蘭GTM Advanced Structures和美國Alcoa Technical Center共同研制的新型混合層板CentrAl即將應用于大型運輸機 C-130的機翼結構［3，4］。
由于機身、機翼均為飛機關鍵主承力結構，所以必須對其進行損傷容限分析。上世紀八十年代以來，國際上已對ARALL層板和GLARE層板開展了大量的疲勞裂紋擴展試驗與分析研究，建立了多種基于唯象理論、斷裂力學機制分析及有限元等數值模擬分析的模型［5］。Marissen［6］，郭亞軍和吳學仁［7］，Alderliesten［8］等人在大量試驗的基礎上探索了纖維金屬層板的疲勞裂紋擴展機制，并建立了基于斷裂力學的疲勞裂紋擴展預測模型。典型纖維金屬層板疲勞裂紋擴展機制如圖1所示。
圖1 典型纖維金屬層板疲勞裂紋擴展機制［9］Fig.1 Fatigue crack propagation mechanism in representative fiber metal laminate
纖維金屬層板金屬層在裂紋擴展時預浸料層中的纖維不產生斷裂，故預浸料通過膠接阻礙尖端裂紋張開的同時，主要裂紋區域鋁板本應承載的部分載荷轉移到預浸料層中，這部分轉移的載荷稱為橋接應力。預浸料阻礙尖端裂紋張開從而減緩裂紋擴展速率，其主要機制是通過橋接應力誘使裂紋張開的載荷變小，使得裂紋擴展速率降低?！?br>
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