【摘 要】
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随着装备复合材料翼尖的飞机服役时间的不断增长以及复合材料在机翼结构上的应用比例越来越大,复合材料翼尖的疲劳损伤问题将会有所突显。由于飞机大多数时间都在平流层飞行,外部温度一般在零下50℃左右,低温对复合材料翼尖的影响对于分析复合材料翼尖疲劳强度至关重要。基于此,本文以某型飞机CFRP翼尖为研究对象,采用T300型碳纤维复合材料制备翼尖简化试件,在试件层间引入碳纳米管,同时模拟飞机高空运行的低温环境
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随着装备复合材料翼尖的飞机服役时间的不断增长以及复合材料在机翼结构上的应用比例越来越大,复合材料翼尖的疲劳损伤问题将会有所突显。由于飞机大多数时间都在平流层飞行,外部温度一般在零下50℃左右,低温对复合材料翼尖的影响对于分析复合材料翼尖疲劳强度至关重要。基于此,本文以某型飞机CFRP翼尖为研究对象,采用T300型碳纤维复合材料制备翼尖简化试件,在试件层间引入碳纳米管,同时模拟飞机高空运行的低温环境,探究层间预埋碳纳米管及低温环境对CFRP翼尖弯曲性能及疲劳特性的影响。首先,建立CFRP翼尖常温及低温环境下的力学模型,并利用ABAQUS软件对CFRP翼尖的静力学性能进行有限元模拟。其次,通过在常温及低温环境下对预埋碳纳米管及无碳纳米管的CFRP翼尖分别进行静力试验,绘制CFRP翼尖载荷-位移曲线,分析温度及预埋碳纳米管对CFRP翼尖弯曲强度的影响,观察CFRP翼尖的损伤形式,将试验结果与理论分析及仿真结果进行对比。试验结果显示:预埋碳纳米管CFRP翼尖的弯曲强度高于无碳纳米管的CFRP翼尖;低温下CFRP翼尖的弯曲强度高于常温;试验结果与理论分析及仿真模拟结果一致。最后,通过在常温及低温环境下对预埋碳纳米管及无碳纳米管的CFRP翼尖分别进行2×10~5次弯曲疲劳试验,测量试验初期及末期载荷变化。对疲劳后的CFRP翼尖的横、纵切面进行SEM微观形貌观察,并使用静力试验中的方法测量不同组分及温度条件下CFRP翼尖的剩余强度。试验结果显示:预埋碳纳米管CFRP翼尖的弯曲疲劳强度高于无碳纳米管的CFRP翼尖;低温下CFRP翼尖的弯曲疲劳强度高于常温。
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