温度对玻璃纤维增强铝合金层合板抗疲劳裂纹扩展特性影响的试验评价及机理分析

Glass fiber reinforced Aluminium alloy laminates (GLARE) have been widely applied to the aircraft structure. Therefore, the investigation of the influence of temperature on the fatigue crack propagation properties of GLARE has the important theory and application value. The plan of this project is to obtain the fatigue crack propagation characteristics of GLARE under the different temperature through the test and analysis base on our GLARE preparation technology and evaluation method of GLARE fatigue crack propagation test under the normal temperature by using advanced test and observation technology, the fatigue damage extension theory, the fracture analysis theory and the extended finite element analysis method. The effects of temperature on the bridge stress distribution near the crack tips, interfacial delamination growth length and its growth rate in different directions along the interfaces and fatigue crack propagation rate of GLARE will be investigated. The mutual influence relationship among the bridge stress distribution near the crack tips, interfacial delamination shape and its growth rate and fatigue crack propagation rate of GLARE will be established under different temperatures. The forecast analysis model of fatigue crack propagation rules of GLARE containing the temperature effect will be given. This research can provide technical reserves for the large number of applications of GLARE in the field of aviation in our country.

玻璃纤维增强铝合金层合板已广泛应用到飞机结构上，因此研究温度对玻璃纤维增强铝合金层合板疲劳裂纹扩展性能的影响具有重要的理论和应用价值。本项目计划在我们已对玻璃纤维增强铝合金层合板的制备工艺及常温下其疲劳性能测试评价研究的基础上，借助先进的实验测试和观测技术，利用疲劳损伤扩展及断裂分析理论和扩展有限元分析方法，在不同温度环境下对玻璃纤维增强铝合金层合板疲劳裂纹扩展特性进行测试和机理分析，分析研究温度对纤维增强铝合金层合板裂纹尖端附近桥接应力分布、界面分层沿界面不同方向上扩展长度及其扩展速率、疲劳裂纹扩展速率的影响，确立裂纹尖端附近桥接应力分布、界面分层形状及其扩展速率和疲劳裂纹扩展速率在不同温度环境下的相互影响关系，给出含温度效应的纤维增强铝合金层合板疲劳裂纹扩展规律的预报分析模型，为玻璃纤维增强铝合金层合板在我国航空领域中的大量应用提供技术储备。

本项目针对新型结构材料玻璃纤维增强铝合金层合板（GLARE）的疲劳问题，借助先进的实验测试和观测技术，利用疲劳损伤扩展及断裂分析理论和扩展有限元分析方法，在不同温度环境下对玻璃纤维增强铝合金层合板疲劳裂纹扩展特性进行了大量的实验测试和机理分析，分析研究了温度对纤维增强铝合金层合板裂纹尖端附近桥接应力分布、界面分层沿界面不同方向上扩展轮廓、疲劳裂纹扩展速率的影响，确立了利用外力做功比确定应力强度因子有限宽修正系数的方法，并利用该方法给出了与实验结果相一致的GLARE层合板疲劳裂纹扩展问题的应力强度因子修正系数。同时采用等效柔度法计算GLARE层合板的外力做功比，建立了GLARE层合板疲劳裂纹扩展问题中分层面积与裂纹扩展长度关系，给出了GLARE疲劳裂纹扩展分层修正系数的数学表达式。进而在Alderliesten疲劳裂纹扩展预报模型的基础上，引入分层修正系数和温度修正系数对GLARE层合板疲劳问题应力强度因子进行了修正，获得了室温及高温条件下GLARE层合板长疲劳裂纹扩展规律，给出含温度效应的纤维增强铝合金层合板疲劳裂纹扩展规律的预报分析模型，这些成果可以为玻璃纤维增强铝合金层合板在我国航空领域中的应用提供一些技术储备。