飞机金属结构复合材料修理技术PDF电子书下载

第1章 绪论与评述 1

1.1 本书目的 1

1.2 飞机结构的检查与修理类别 1

1.2.1 飞机结构的设计与取证 2

1.2.2 老龄飞机金属结构件的若干问题 2

1.3 修理要求 4

1.3.1 修理等级 4

1.4 修理方法 5

1.5 胶结修理实例 5

1.6 复合材料补片与金属补片 7

1.7 应用范围 8

1.8 胶结和螺钉连接的试验比较 9

1.9 研发要求 11

1.10 结论 13

参考文献 13

第2章 材料选择与工程应用 15

2.1 引言 15

2.1.1 影响黏结的因素 15

2.2 补片与增强件使用的材料 16

2.2.1 金属材料 17

2.2.2 非金属材料 18

2.2.3 补片材料的选择 20

2.3 胶黏剂体系 21

2.3.1 胶黏剂的类型 21

2.3.2 胶黏剂的性能 22

2.3.3 胶黏剂的选择 22

2.4 底胶和偶联剂 24

2.5 胶黏剂和复合材料试验方法 25

2.6 材料工程考虑 26

2.6.1 残余应力 26

2.6.2 固化压力与空隙 27

2.6.3 挤出的胶带 27

2.6.4 智能补片修理 28

参考文献 29

第3章 表面处理与胶结修理 30

3.1 引言 30

3.1.1 表面能与浸润 30

3.1.2 黏结面加压与胶黏剂固化 31

3.1.3 胶结性能 31

3.1.4 胶结的标准和环境 32

3.2 力学试验 33

3.2.1 载荷与破坏模式 33

3.2.2 胶结程序和性能的合格鉴定 33

3.3 标准试验 34

3.3.1 楔子耐久性试验 34

3.3.2 断裂力学与劈裂试件 34

3.4 胶结耐久性的基本原理 35

3.4.1 表面粗糙度与胶结耐久性 35

3.4.2 表面水合作用与胶结耐久性 37

3.4.3 表面污染与胶结耐久性 37

3.4.4 胶结耐久性模型 38

3.5 表面准备的要求 41

3.5.1 脱脂 41

3.5.2 打磨、喷砂或浸蚀 42

3.5.3 高能表面氧化层的形成 43

3.5.4 偶联剂 44

3.5.5 胶结底胶 45

3.5.6 干燥 46

3.6 胶黏剂的使用 46

3.6.1 黏结面厚度的控制要素 47

3.6.2 空穴的形成和极小化 47

3.7 表面处理的质量控制 48

3.7.1 水膜残迹测试 48

3.7.2 表面功函数法 48

3.7.3 傅立叶变换红外线分光镜 48

3.7.4 光学反射率 48

3.7.5 过程控制试片 49

3.7.6 从业者的教育、技能和标准 49

3.8 铝黏结体的表面准备 49

3.8.1 工厂的处理过程 49

3.8.2 飞机上的酸阳极化及酸浸蚀过程 51

3.9 钛黏结体的表面准备 53

3.9.1 工厂的处理过程 54

3.9.2 飞机上的处理过程 55

3.10 钢黏结体的表面准备 55

3.10.1 工厂的处理过程 56

3.10.2 飞机上的处理过程 56

3.11 热固性基体复合材料的表面准备 56

3.12 表面准备的近期研究 58

3.12.1 胶结的溶胶－凝胶体技术 58

3.12.2 胶结的热溶液处理 59

参考文献 59

第4章 胶黏剂的表征及其数据库 67

4.1 引言 67

4.2 通用的美国材料试验标准（ASTM）与美国军用技术规范（MIL）试验 68

4.2.1 应力—应变许用值 68

4.3 疲劳载荷 72

4.4 断裂力学许用值 72

4.4.1 静力载荷 73

4.4.2 Ⅰ型模式 73

4.4.3 Ⅱ型与混合模式 73

4.4.4 疲劳载荷 73

4.5 FM73数据库 75

4.5.1 剪应力—应变许用值 75

4.5.2 屈服准则 76

4.5.3 玻璃化转变温度 76

4.5.4 Fickean的吸湿扩散系数 76

4.5.5 Ⅰ型断裂韧性 77

参考文献 78

第5章 常规胶结接头的疲劳试验 80

5.1 引言 80

5.1.1 胶结修理区内的损伤容限区域 80

5.1.2 常规设计和认证过程 81

5.2 双搭接接头疲劳试件（DOFS） 81

5.2.1 DOFS的应力状态 82

5.2.2 试验方法 83

5.2.3 试验结果 84

5.3 蒙皮加强片试件 88

5.3.1 蒙皮加强片试件的应力状态 89

5.3.2 试验方法及结果 93

5.3.3 断裂力学方法 96

5.4 讨论 96

参考文献 97

第6章 基于断裂力学的胶结修理体系环境影响评估 99

6.1 引言 99

6.2 材料与试件 99

6.2.1 胶结的材料体系和制造 99

6.3 试验方法 100

6.3.1 试验前环境调试 101

6.3.2 试验方法 101

6.4 分析 102

6.5 结果与讨论 102

6.5.1 断裂韧性 102

6.5.2 疲劳行为 103

6.6 总结 104

参考文献 105

第7章 复合材料修理设计的解析方法 107

7.1 引言 107

7.2 公式与符号 108

7.3 胶结增强件的载荷传递 110

7.4 对称修理 112

7.4.1 阶段Ⅰ：异物模拟 112

7.4.2 阶段Ⅱ：应力强度因子 114

7.4.3 塑性胶层 116

7.4.4 有限裂纹尺寸 117

7.4.5 有限元验证 120

7.5 剪切模式 120

7.6 单侧修理 121

7.6.1 几何线性分析 122

7.6.2 裂纹桥接模型 125

7.6.3 几何非线性分析 126

7.7 胶层固化形成的残余热应力 130

7.7.1 温度分布 130

7.7.2 局部加热引起的残余应力 131

7.7.3 固化并冷却后的残余应力 132

7.7.4 均匀温度变化引起的热应力 133

7.7.5 验证 133

参考文献 134

第8章 裂纹胶结修理技术罗斯封闭形式解析解的新近扩充 137

8.1 引言 137

8.1.1 罗斯使用夹杂物模型建立的应力场 138

8.1.2 罗斯的裂纹尖端应力强度因子解K 139

8.2 各向同性补片的通用效率曲线图 141

8.3 八边形和椭圆形补片形状之间的等效 142

8.4 补片斜削对胶层应力的影响 143

8.5 关于腐蚀影响的通用曲线 145

8.6 补偿腐蚀损伤的补片设计 147

8.7 覆盖加筋板裂纹的补片分析 148

8.8 避免裂纹起裂的设计 149

8.9 正交异性补片的通用效率曲线 151

8.10 残余热应力对胶结修理的影响 152

8.11 胶层非线性和脱胶对裂纹尖端应力强度因子的影响 154

8.12 单侧补片的面外弯曲效应 156

8.13 封闭形式分析面临的挑战 157

8.14 结语 157

参考文献 158

第9章 数值分析与设计 160

9.1 分析与设计 160

9.2 二维有限元分析的公式描述 160

9.2.1 单元刚度矩阵 162

9.2.2 飞机机翼蒙皮裂纹的修理 163

9.3 初始设计指南 166

9.4 无肋加筋板的试验结果对比 174

9.5 厚截面的修理 175

9.5.1 试验结果 177

9.6 主结构中孔边裂纹的修理 179

9.7 开裂耳片的修理 181

9.7.1 数值分析 182

9.7.2 试验测试 183

9.7.3 讨论 184

9.8 交互作用表面裂纹的修理 185

9.9 材料非线性 186

9.9.1 胶结接头修理的控制微分方程 187

9.10 变胶层厚度的影响 192

9.11 在双轴载荷下带裂纹孔的修理 197

9.12 关于厚截面修理的发现 200

9.12.1 三维修理分析商业有限元程序的比较 202

参考文献 203

第10章 胶结修理的形状优化 206

10.1 引言 206

10.1.1 基于有限元的形状优化 206

10.1.2 有限元模型化考虑 207

10.1.3 本章概述 207

10.2 改善补片斜削区分级的解析公式 207

10.2.1 对称分级补片的一般构型 208

10.2.2 单级情况的分析 209

10.2.3 多级补片的分析 209

10.2.4 第一级最优长度的估计 210

10.2.5 随补片长度改变的最大剪应变最小限值 210

10.2.6 随第一级刚度改变的最大剪应变下限 211

10.2.7 数值实例 211

10.2.8 讨论 213

10.3 胶层应力和板件应力集中的有限元分析 214

10.3.1 构型与有限元分析方法 214

10.3.2 无胶带情况的结果 216

10.3.3 有胶带情况的结果 217

10.3.4 结果讨论 218

10.4 对厚度方向形状进行优化的非梯度有限元方法 219

10.5 接头厚度方向形状优化的有限元敏感度方法 221

10.5.1 初始的几何形状、材料和载荷布置 221

10.5.2 最优化方法 221

10.5.3 基于铝补片修理对称裂纹的分析 223

10.5.4 硼／环氧补片非对称裂纹修理的分析 225

10.6 F/A-18飞机隔框增强件的厚度方向形状优化 226

10.6.1 初始几何形状、材料及载荷布置 227

10.6.2 增强件优化分析的参数 227

10.6.3 最优增强件设计的应力结果 229

10.6.4 讨论 231

10.7 F/A-18飞机副翼铰链增强件的最优化 231

10.7.1 初始的几何形状、材料和载荷布置 231

10.7.2 结构增强以前的形状优化 232

10.7.3 增强件的迭代设计 233

10.7.4 讨论 234

10.8 面内形状的影响 235

10.8.1 几何形状、载荷及模型考虑 236

10.8.2 用有限元输出结果确定Kt 236

10.8.3 单轴载荷及2:1长宽比的补片 237

10.8.4 单轴载荷及其他长宽比的补片 237

10.8.5 带孔板的模拟 238

10.8.6 单轴受载板在补片中心的应力降低量 238

10.8.7 结果综述与讨论 238

10.9 结论 238

参考文献 239

第11章 热应力分析 242

11.1 引言 242

11.2 加热导致的圆板初始应力解析表达式 242

11.2.1 有限元结果与解析结果的比较 246

11.2.2 正交异性解 249

11.2.3 一维片条内的热应力 250

11.2.4 剥离应力 252

11.2.5 层压板的热膨胀系数 252

11.3 有限元热应力分析 254

11.3.1 二维片条接头 255

11.3.2 三维片条接头 257

11.4 飞机机翼大型修理应用情况的热应力分析 258

11.4.1 有限元分析 259

11.4.2 边界约束系数 263

11.5 结束语 264

附录 265

参考文献 265

第12章 修理结构的裂纹扩展分析 267

12.1 引言 267

12.2 修理结构的裂纹闭合分析 267

12.2.1 小范围屈服 267

12.2.2 稳态裂纹的大范围屈服解 270

12.2.3 大范围屈服条件下塑性导致的裂纹闭合 272

12.3 超载效应及有限元验证 273

12.4 残余热应力及与试验结果的对比 277

12.4.1 残余热应力 277

12.4.2 谱载作用下的试验结果 279

12.5 结束语 282

参考文献 282

第13章 硼／环氧修理效率研究 284

13.1 引言 284

13.2 修理后裂纹的应力强度分析 284

13.2.1 应力强度模型 284

13.2.2 裂纹扩展评估 286

13.2.3 考虑脱胶损伤扩展的情况 286

13.3 试验方法 287

13.4 疲劳研究 288

13.4.1 补片内的脱胶损伤 288

13.4.2 应力幅值的影响 289

13.4.3 补片厚度的影响 291

13.4.4 R的影响 291

13.4.5 温度的影响 293

13.4.6 板厚变化的影响 294

13.4.7 修理后板件的剩余强度 296

13.5 硼／环氧补片的设计方法 298

13.5.1 循环载荷 298

13.5.2 谱载荷 300

13.5.3 检查剩余强度 301

参考文献 301

第14章 GLARE材料修理效率研究 303

14.1 引言 303

14.1.1 纤维金属层压板概述与背景 303

14.2 不同补片材料的参数研究 304

14.3 试验结果 309

14.4 讨论 312

14.5 结论 313

参考文献 313

第15章 石墨／环氧补片修理效率研究 315

15.1 引言 315

15.2 薄蒙皮构件的修理 315

15.3 厚截面的修理 317

15.4 石墨／环氧与硼／环氧补片 321

15.5 黏结面缺陷的影响 324

15.6 冲击损伤的影响 328

15.7 服役温度的影响 329

15.8 湿－热环境的影响 330

15.9 战伤修理 331

15.10 今后的工作 332

15.11 感谢 333

参考文献 333

第16章 多处损伤的修理 335

16.1 引言 335

16.2 试件与载荷 335

16.2.1 波音搭接接头 335

16.2.2 “空客”搭接接头 338

16.3 修理 339

16.3.1 修理原理 339

16.3.2 修理细节 340

16.4 应力分析 341

16.4.1 热－弹性分析 341

16.4.2 有限元分析 342

16.5 疲劳试验结果 345

16.5.1 未修理的基准机身搭接接头 345

16.5.2 增强的基准机身搭接接头试件 348

16.5.3 修理的环境评估 349

16.5.4 湿－热环境 350

16.5.5 NaCl水溶液 350

16.6 试件的损伤容限评估 351

16.6.1 胶层脱胶 351

16.6.2 冲击损伤 352

16.6.3 拉伸试验 354

16.7 全尺寸修理验证 355

16.7.1 空客A330和A340疲劳试件 355

16.7.2 波音727、波音747和波音767飞行验证 356

16.7.3 加强板的检查 358

16.7.4 验证小结 358

16.8 结论 359

参考文献 360

第17章 用于民机修理的复合材料加强片损伤容限评估 363

17.1 引言 363

17.1.1 损伤容限与断裂控制 363

17.1.2 断裂控制计划 365

17.2 复合材料加强片的损伤容限试验 366

17.3 符合性检查和FAA监督 368

17.3.1 试片构型 368

17.3.2 试件说明 369

17.3.3 铝母板内的裂纹制备 370

17.3.4 表面处理和复合材料加强片的安装 371

17.3.5 对复合材料试片制造冲击损伤 371

17.3.6 湿－温度浸润 371

17.3.7 层压板－铝板的刚度比 371

17.3.8 试验过程与设备 372

17.3.9 含静态应变测量的疲劳试验 373

17.3.10 静力拉伸极限强度试验 373

17.4 试验结果 373

17.4.1 疲劳试验 373

17.4.2 应变场的测量 378

17.5 结论 384

17.5.1 结果的推广应用 384

17.5.2 考虑检查要求的损伤容限评估 384

参考文献 385

第18章 修理板件应力强度预估模型的验证 387

18.1 引言 387

18.2 K应变计 388

18.2.1 K应变计的公式 388

18.3 用应变计进行KI测量的原理 389

18.3.1 Westergaard方程 389

18.3.2 关于应力强度因子的罗斯夹杂模型 389

18.3.3 Wang的裂纹桥接模型 390

18.4 试验程序 390

18.5 应变测量 392

18.5.1 未修理试件 392

18.5.2 修理试件 393

18.6 裂纹长度 393

18.7 时间依变特性 395

18.8 结论 396

18.9 术语 397

参考文献 397

第19章 声疲劳裂纹的胶结修理 398

19.1 引言 398

19.2 开裂经历 399

19.2.1 进气短舱 399

19.2.2 后机身开裂 401

19.3 声压水平 401

19.3.1 进气短舱 401

19.3.2 后机身 402

19.3.3 功率谱密度 402

19.4 随机响应分析 402

19.5 应力强度因子 402

19.6 开裂短舱进气口的有限元分析 403

19.6.1 裂纹扩展研究 404

19.6.2 对修理破坏研究的概括 409

19.7 对裂纹板的高阻尼修理 409

19.7.1 高阻尼补片的设计 409

19.7.2 高阻尼补片的阻尼 409

19.7.3 修理后含裂纹板件的分析 412

19.7.4 结果与讨论 413

19.8 后机身有限元模型 416

19.8.2 声疲劳裂纹扩展数据 417

19.8.3 残余热应力 419

19.8.4 阻尼数据 419

19.8.5 胶黏剂数据 420

19.9 F/A-18飞机的热环境 421

19.10 分析结果 421

19.11 试验 422

19.12 关于后机身修理的结论 424

参考文献 424

第20章 智能补片系统 427

20.1 引言 427

20.2 智能补片方法 429

20.3 损伤检测研究 432

20.3.1 载荷传输（应变）技术 432

20.3.2 残余应变技术 439

20.3.3 电－机阻抗、传递函数和应力波技术 442

20.3.4 胶结退化传感器 445

20.4 智能补片实验室概念验证件 448

20.5 飞行验证机 450

20.5.1 有限元分析——损伤传感技术 451

20.5.2 健康监控系统 453

20.6 结论 456

参考文献 456

第21章 满足现航空工业认证规程安全要求的胶结修理 459

21.1 引言 459

21.2 胶结修理的认证 460

21.2.1 修理的认证要求 460

21.2.2 胶结修理 460

21.2.3 管理缺陷 461

21.3 修理设计信息 462

21.3.1 现有的要求 462

21.3.2 补充 463

21.4 试验分析与发展 463

21.4.1 设计许用值 463

21.4.2 静力分析 466

21.4.3 疲劳与损伤容限分析 469

21.4.4 研发试验 473

21.5 全尺寸试验 474

21.5.1 现有要求 474

21.6 服役中的管理与检查 474

21.6.1 现有要求 474

21.6.2 补充 474

21.7 胶结修理认证的发展趋势 475

21.8 结论 475

参考文献 475

第22章 关键修理的认证 479

22.1 含裂纹结构修理现状 479

22.2 修理的疲劳问题 480

22.2.1 疲劳对修理效率的影响 480

22.2.2 补片修理疲劳许用值 481

22.2.3 补片修理分析验证 482

22.3 修理的环境耐久性问题 484

22.3.1 补片修理的环境耐久性保证 484

22.3.2 澳大利亚关于服役耐久性的经验 486

22.4 “智能补片” 487

22.5 讨论 488

22.6 结论 489

参考文献 490

第23章 金属飞机结构复合材料胶结修理的无损评估与质量控制 492

23.1 引言 492

23.1.1 NDI要求与损伤容限 493

23.1.2 NDI的评定 494

23.2 分层、脱胶和胶结破坏的检测 495

23.2.1 脉冲反射超声技术 496

23.2.2 透射式超声技术 506

23.2.3 导波 506

23.2.4 谐振试验检测方法 508

23.2.5 热成像技术 510

23.2.6 其他技术 513

23.3 复合材料加强件下母体材料内裂纹的检测 516

23.3.1 涡流检测 516

23.3.2 X射线照相检测 521

23.3.3 裂纹监控的挑战 523

23.4 服役使用中的质量控制问题 530

23.4.1 质量保证 530

23.4.2 实际标定标准的使用 531

23.5 结论 534

参考文献 537

第24章 胶结修理的实用技术 541

24.1 引言 541

24.1.1 修理技术的管理 543

24.2 修理应用技术 543

24.2.1 材料选择 543

24.2.2 表面准备 544

24.2.3 飞机上修理的加热程序 551

24.2.4 修理部分的压力施加 555

24.3 职业保健与安全 557

24.3.1 溶剂 558

24.3.2 砂打磨 558

24.3.3 纤维 558

24.3.4 可对飞机造成的危险 558

24.4 质量管理 559

24.5 设施 560

24.6 训练与资格认证 560

24.7 不良修理概念 561

24.8 结论 562

参考文献 562

第25章 快速应用技术：飞机战伤修理 566

25.1 引言 566

25.2 飞机战伤修理 567

25.2.1 战伤 567

25.2.2 ABDR标准 567

25.2.3 ABDR的类型 568

25.3 金属机械紧固修理与复合材料胶结修理在ABDR中的对比 569

25.3.1 复合材料胶结修理按战伤情况的改造 569

25.3.2 复合材料层压树脂和胶黏剂 570

25.3.3 纤维 570

25.3.4 用于ABDR的简化设计方法 570

25.3.5 表面处理 571

25.3.6 复合材料胶结补片的成形 571

25.3.7 机械连接的金属修理 571

25.3.8 试件的疲劳与静力试验 572

25.3.9 试验结果比较 572

25.4 胶结复合材料飞机战伤修理系统的建立 573

25.4.1 树脂的开发 574

25.4.2 修理的耐久性、强度与表面处理 574

25.4.3 力学性能 576

25.5 DSTO/ABDR系统的应用 577

25.5.1 树脂的计量、混合与配方 577

25.5.2 预先建成表面处理方法 578

25.5.3 修理固化与实施 578

25.5.4 加热程序 578

25.5.5 真空模塑工具 578

25.6 结论 579

参考文献 580

第26章 胶结修理技术人员的标准化训练与资格认证 583

26.1 引言 583

26.1.1 改善训练与过程控制的效益——实例 583

26.2 当前的任务——通用方法 583

26.2.1 标准化的优点 583

26.2.2 建立一个可靠的修理数据库——“我们彼此全都在其中” 584

26.3 当前的训练与资格认证方法 584

26.4 正式的行业结构 585

26.4.1 行业结构的目标 585

26.4.2 一种四级行业结构——ARTI模式 585

26.5 ARTI模式对胶结修理专业人员的训练 586

26.6 胶结修理专业人员的资格认证 588

26.6.1 波音楔子试验（BWT）——一种可以接受的标准 588

26.6.2 认证试验的管理 591

26.7 结论 592

参考文献 592

第27章 历史案例：F-111飞机机翼下蒙皮修理 593

27.1 引言 593

27.2 裂纹位置与剩余强度 593

27.3 修理的实例化要求 595

27.3.1 设计载荷情况 595

27.3.2 疲劳载荷 595

27.4 验证策略 596

27.5 设计验证（有限元分析） 596

27.5.1 无裂纹、未修理机翼模型 596

27.6 包括热效应的含裂纹补片修理模型 597

27.7 修理实例化（典型试件试验） 599

27.7.1 典型胶结接头 599

27.7.2 板试件 599

27.8 盒形试件 602

27.9 修理历史 603

27.10 结论 603

参考文献 603

第28章 历史案例：安装在L-1011民用飞机上的复合材料加强件 605

28.1 引言 605

28.2 机身舱门环绕结构试验 606

28.2.1 全尺寸结构试验原理 606

28.2.2 L-1011机身结构 606

28.2.3 用复合材料加强件修理机身试验件 606

28.2.4 双轴试验装置介绍 608

28.3 机身舱门环绕结构的试验结果 609

28.3.1 安装复合材料加强件前的结构试验 609

28.3.2 安装复合材料加强件后的结构试验 610

28.3.4 有限元分析结果的验证 614

28.3.5 无损检测 614

28.4 构件级试验：舱门拐角试件 615

28.4.1 舱门拐角试验概述 615

28.4.2 小尺寸的舱门拐角试验结果 616

28.5 L-1011飞机复合材料加强件的安装 619

28.5.1 L-1011飞机旅客舱门的复合材料加强件修理 619

28.5.2 舱门环绕结构及复合材料加强件的无损检测 621

28.5.3 L-1011飞机的检测间隔 623

28.5.4 质量保证措施 624

28.6 FAA和工业界的承认与批准 625

28.7 结论 625

参考文献 626

第29章 历史案例：F-111飞机机翼转枢接头区的增强 628

29.1 引言 628

29.2 加强件设计 629

29.3 材料选择与评定 631

29.4 增强系统的选择与评定 632

29.4.1 力学试验评定 632

29.4.2 固化特征与成形性研究 632

29.4.3 胶黏剂的选择与评定 633

29.4.4 表面处理程序的选择与评定 634

29.4.5 加强件系统的修正 634

29.4.6 残余应力的极小化 634

29.5 加强件应用技术 634

29.5.1 温度 634

29.5.2 压力 635

29.6 加强件的适配问题 635

29.7 机队飞机的适配问题 636

29.8 结论 637

参考文献 637

第30章 历史案例：F/A-18飞机Y470.5中央机身隔框的胶结复合材料增强 639

30.1 引言 639

30.1.1 背景 639

30.2 隔框的有限元分析与增强 640

30.2.1 隔框有限元分析的结果 640

30.2.2 胶层中沿厚度方向应力的测量 642

30.3 典型试件（弯曲梁试件）的有限元设计 642

30.4 试验计划 642

30.4.1 弯曲梁试件的静力试验 642

30.4.2 弯曲梁试件的耐久性试验 644

30.4.3 疲劳后的剩余强度 644

30.5 全尺寸疲劳试件试装增强件 644

30.6 讨论 644

30.6.1 实施ECP前的增强 644

30.6.2 实施ECP后的增强 645

30.7 结论 646

参考文献 646

第31章 C-5A飞机机身顶部裂纹 648

31.1 引言 648

31.2 损伤容限分析 648

31.3 修理选项 650

31.3.1 补片材料的刚度 650

31.3.2 热膨胀系数 650

31.4 胶结修理设计 651

31.4.1 用CalcuRep计算所有载荷情况 651

31.4.2 补片与结构的适配 653

31.4.3 补片的制造 653

31.5 修理裂纹的有限元模型 654

31.6 结论 658

参考文献 658

第32章 历史案例：F-16飞机燃油透气孔修理 659

32.1 引言 659

32.2 损伤容限分析 659

32.3 修理方案选择 661

32.4 胶结修理设计 662

32.4.1 运行温度 663

32.4.2 最大运行温度 663

32.4.3 累积温度 663

32.5 试验 664

32.5.1 铝加强件的疲劳分析 664

32.6 胶结修理 664

32.6.1 修理安装程序 666

32.7 结论 667

参考文献 667

第33章 F/A-18飞机整流罩内的副翼铰链增强修理 668

33.1 引言 668

33.2 载荷情况 669

33.3 设计与应力分析 669

33.4 静力试验与修理验证 673

33.5 认证及飞机上的实现 675

33.6 结论 675

参考文献 675

第34章 英国的应用情况 677

34.1 引言 677

34.2 设计研究 677

34.3 英国皇家空军飞机的修理 679

34.3.1 次要结构修理 679

34.3.2 主要结构修理 680

34.3.3 鸟撞防护 680

34.4 EH 101飞机机体结构全尺寸疲劳试件修理 680

参考文献 684

第35章 历史案例：DC-10/MD-11飞机的修理应用 686

35.1 引言 686

35.2 支持在飞机上安装应用的修理发展与验证任务 686

35.2.1 修理设计 686

35.3 修理分析 689

35.4 修理设计的验证 690

35.5 无损检测 696

35.6 DC-10/MD-11商用飞机修理的目前状态 697

第36章 历史案例：CF-116飞机机翼上蒙皮的硼加强件疲劳增强 699

36.1 引言 699

36.2 背景 699

36.2.1 压缩导致的疲劳裂纹 700

36.3 修理考虑 701

36.4 复合材料胶结加强件 702

36.5 加强件的设计与分析 702

36.6 加强件的制造与安装程序 706

36.6.1 加强件合格性试验 707

36.7 加强件的金属断面显微镜观察分析 709

36.8 机队的经验 712

36.9 讨论 713

36.10 结论 713

36.11 复合材料修理经验 714

参考文献 714

附录A材料性能 715

第37章 复合材料胶结修理的服役耐久性——商业验证项目 717

37.1 引言 717

37.2 验证机的加强件 718

37.2.1 QANTAS的验证项目 718

37.2.2 安捷的龙骨梁增强 719

37.3 服役环境和修理位置 719

37.3.1 温度 719

37.3.2 外物损伤 720

37.3.3 气流与侵蚀 720

37.3.4 飞机燃油、液压油及润滑剂 720

37.3.5 其他问题 721

37.4 胶结耐久性与表面处理 721

37.5 案例研究结果 722

37.5.1 QANTAS项目 722

37.5.2 安捷飞机龙骨梁的验证机增强 725

37.6 讨论与经验 725

37.6.1 使用保护层进行侵蚀防护 726

37.6.2 修理位置与设计 726

37.6.3 验证项目的适用性 726

37.7 结论 726

参考文献 727

第38章 历史案例：CH-47飞机吊货钩梁的复合材料胶结修理 728

38.1 引言 728

38.2 缺陷描述 728

38.3 方法证明 728

38.3.1 载荷分析 729

38.3.2 设计载荷 729

38.3.3 静强度分析 730

38.3.4 疲劳分析 731

38.3.5 验证试验 731

38.4 补片系统与环境保护 731

38.5 修理程序 732

38.6 连续适航性／检测 732

参考文献 734

第39章 历史案例：大型胶结增强件修理技术 735

39.1 背景 735

39.2 应用实例 735

39.2.1 全长度的旋翼叶片加强件 735

39.2.2 大型机翼增强 735

39.2.3 大型机身增强 736

39.3 当前技术状态 736

39.3.1 胶结过程的极限状态 736

39.3.2 喷砂／硅烷过程的步骤 737

39.4 处理区域的适用性 738

39.4.1 溶剂清洗步骤 738

39.4.2 喷砂步骤 738

39.4.3 加热方法 739

39.5 生产环境下的大型修理 739

39.6 结论 744

参考文献 744

第40章 历史案例：T-38飞机机翼下蒙皮复合材料补片增强修理 745

40.1 引言 745

40.2 验证试验 745

40.2.1 试件描述 745

40.2.2 复合材料增强件的制造与胶结 748

40.2.3 应变片布置 748

40.2.4 试验谱与试验设备 748

40.3 试验结果 749

40.3.1 应变计测量结果 749

40.3.2 裂纹扩展结果 750

40.4 试验结果与分析预测结果的比较 751

40.5 将复合材料增强修理用于全尺寸机翼试验 753

40.6 结论 754

参考文献 754

第41章 案例历史：美国空军C-141和C-130飞机的先进复合材料修理 755

41.1 背景 755

41.2 修理设计 757

41.3 补片安装技术的发展 759

41.4 工业化与修理 760

41.5 成功与失败 761

41.6 其他应用情况 763

41.6.1 C-141飞机 763

41.6.2 C-130飞机 764

41.6.3 现场修理 765

41.7 费用节省 766

41.8 其他研究 767

41.8.1 加强件设计优化 767

41.8.2 高压缩载荷 767

41.8.3 腐蚀修理 767

41.8.4 大长宽比修理 768

41.8.5 承力框架修理 768

41.8.6 机身蒙皮修理 769

41.9 经验总结 770

41.10 综述 772

参考文献 772

第42章 案例历史：船舶结构的复合材料胶结修理 774

42.1 引言 774

42.2 材料发展与表征 776

42.3 复合材料增强件的安装 780

42.4 增强效率的评估 781

42.5 服役性能 782

42.6 技术改进 784

42.7 目前状态——2000年 785

42.8 结论 785

参考文献 785

附录1 基于损伤容限理念的飞机修理 787

附1.0 摘要 787

附1.1 引言 787

附1.2 修理引起的结构性能的降低 788

附1.3 修理后结构的寿命改善 794

附1.4 可检性的改善 799

附1.5 铆接的质量 801

附1.6 修理引起的可检性降低 806

附1.7 修理的损伤容限评估 808

附1.7.1 简化裂纹扩展方法的建立 809

附1.7.2 特定修理的裂纹扩展评估 815

附1.7.3 今后可能的方法 816

附1.8 结论 818

附1.9 对修理结构的基本要求 818

参考文献 819

附录2 大型飞机机体结构损伤容限修理设计技术 820

附2.1 引言 820

附2.2 静力模式 820

附2.2.1 修理补片许用值和安全裕度 820

附2.2.2 紧固连接件许用值和安全裕度 821

附2.2.3 安全裕度 822

附2.2.4 修理的刚度校核 822

附2.2.5 修理的紧固件弯曲校核 823

附2.2.6 关于铆钉间屈曲指导原则 823

附2.3 损伤容限模式 823

附2.3.1 裂纹扩展分析 823

附2.3.2 剩余强度评估 834

附2.3.3 检测门槛值和间隔 834

附2.4 常规修理 834

附2.4.1 贴近修理 835

附2.4.2 加筋件处的修理 835

附2.4.3 圆形修理 835

附2.5 计算分析程序RAPID-FEM及门框开口的修理 835

附2.5.1 计算分析程序RAPID-FEM 835

附2.5.2 舱门开口处的修理 835

附2.6 分析方法流程图 836

参考文献 837

附录A 紧固件载荷传递的二维分析 837

附录B 应力强度因子解 878

附录C 通用载荷／应力谱的编制 885

附录D 一次循环当量应力计算 911

附录E 贴近修理 916

附录F 加筋件处的修理 924

附录G 圆形修理 937

附录H RAPID-FEM程序 944

附录I RAPID-FEM程序开发及含一个舱门开口的机身结构三维分析 959

附录J 三个带门开口机身段的应力分析 990

附录K 天线安装 999