纤维增强铝锂合金叠层板制备工艺与力学性能的研究

This research adopts the theory and experimental method to study the large aircraft design involves the fiber reinforced resin matrix composite material and a new generation of high strength aluminum lithium alloy composition of the hybrid laminates preparation process. Through the aluminum alloy, aluminum lithium alloy surface treatment technique, laminated plate curing process research, establish a reproducible and reliable laminated plate and preparation process. The preparation of laminated defects by the research of nondestructive testing technology, comparison of fiber reinforced aluminium laminates and fiber reinforced aluminum lithium alloy preparation process and preparation of the similarities and differences of defects. To establish initial interfacial delamination defects, including residual stress of plate static intensity and fatigue crack initiation life and fatigue crack propagation life of theoretical model and the finite element numerical model. Simulation of solidification process, analysis of laminate preparation process at all stages of process parameters on the forming plate interface stratification and the effect of residual stress. To provide theoretical basis for optimizing the process parameters.

采用理论及实验的方法来研究大型航空器设计所涉及的纤维增强树脂基复合材料和新一代高强铝锂合金组成的混合叠层板的制备工艺，通过铝合金、铝锂合金表面处理工艺、叠层板固化成型工艺的研究，建立一个可重现且可靠的叠层板制备工艺。通过无损检测技术，研究叠层板的制备缺陷，比较纤维增强铝合金层板与纤维增强铝锂合金层板的制备流程及制备缺陷的异同性。建立含初始界面分层缺陷、含残余应力层板静强度和疲劳裂纹萌生寿命和疲劳裂纹扩展寿命理论模型和有限元数值模型，模拟固化成型工艺过程，分析层板制备过程各阶段工艺参数对成型后层板界面分层和残余应力的影响，从而为优化工艺参数提供理论依据。

纤维增强铝锂合金层板是新型轻质结构且具有金属和复合材料的各自优点，特别是轻质、高强、良好的导电性、优良的抗冲击性能和损伤容限性能。而且可以通过对高强铝锂合金和复合材料的铺层厚度、铺层数量以及铺层方向最大限度实现结构的优化设计。但是必须更加深入的研究纤维增强铝锂合金层板的铺层方式、金属体积分数等对层板基本力学性能以及疲劳和损伤容限性能影响的机理，才能建立一个可描述、可优化并预报的混杂层板结构。为了弥补目前的研究不足，本项目利用理论推导、有限元模拟和实验测量的方法对铝锂合金层板的拉伸、开孔拉伸和压缩性能，以及疲劳和损伤容限性能展开研究，丰富了这一领域的研究方法和成果，具体成果如下：.1、采用超声C扫的方法对制备成型的试件进行界面无损检测，确定了纤维增强铝锂合金层板的制备工艺。.2、对不同体积分数的纤维增强铝锂合金层板进行拉伸、开孔拉伸以及压缩性能研究，揭示了体积分数和铺层方式对层板静强度的影响规律。.3、对不同结构不同铺层方式的纤维增强铝锂合金层板进行疲劳寿命方面的研究，给出了加载方式和应力比对纤维增强铝锂合金层板疲劳寿命的影响规律。.4、通过对纤维增强铝锂合金层板疲劳裂纹扩展性能的研究，确定了应力水平、应力比以及初始预制裂纹长度对纤维增强铝锂合金层板疲劳裂纹扩展速率的影响。