基于AML方法的复合材料填孔压缩强度设计许用值试验方法技术

本发明专利技术涉及一种基于AML方法的复合材料填孔压缩强度设计许用值试验方法，包括第一阶段：通过积木式试验获元件级试验获取工艺批次影响因子CBB、湿热环境影响因子CEN、直径影响因子CD、宽度‑直径比影响因子CW/D、拧紧力矩影响因子CTORQ、间隙影响因子CGAP、孔沉头影响因子CCSK和填孔压缩强度基本值SBASE；第二阶段：通过公式得到填孔压缩强度设计许用值SFHC‑ALL。本发明专利技术与以往试验方法相比，具有试验件数量更少，试验周期更短，试验经费更少，考虑影响因子更全面，所获填孔压缩设计许用值更接近工程实际的技术特点。该发明专利技术为军、民机复合材料结构获取填孔压缩强度设计许用值提供了新的可行试验方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于飞机复合材料结构的试验、设计和应用领域，尤其涉及一种基于AML方法的复合材料填孔压缩强度设计许用值试验方法。
技术介绍
现有获得复合材料填孔压缩强度设计许用值的试验方法大多采用毯式曲线法，毯式曲线法中铺层角度包括0°、-45°、+45°、90°，铺层百分比数不小于10％。通过毯式曲线方法获得复合材料填孔压缩强度设计许用值的试验就是要将图1阴影部分按照试验标准和规范尽可能填充充分。AML(AngleMinusLongitudinal)方法被应用在对称、均衡的层合板中，层合板包括0°，90°和±45°角度层，且每一角度层所占百分比不小于10％。AML由角度层(±45°)百分比减去纵向纤维层(0°)得出。当层合板不均衡时，AML由下式表式：所以层合板有低百分比的角度层或高百分比的纵向层，AML都会很低。AML反映的是层合板在缺陷周边或纤维中断后的载荷重新分配能力，亦反映缺陷周遍的应力严重系数，图2表明：角度层百分比越高，冲击后压缩强度和填孔压缩强度越高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决以往试验方法所获得的复合材料填孔压缩设计试验件数量多，试验复杂，试验周期长，试验考虑影响因素不够全面的工程实际，为获得复合材料填孔压缩强度设计许用值提供一种先进的试验方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于AML方法的复合材料填孔压缩强度设计许用值试验方法，包括第一阶段：通过积木式试验元件级试验获取工艺批次影响因子CBB、湿热环境影响因子CEN、直径影响因子CD、宽度-直径比影响因子CW/D、、拧紧力矩影响因子CTORQ、间隙影响因子CGAP、孔沉头影响因子CCSK和填孔压缩强度基本值SBASE；第二阶段：通过上述得到的各种参数计算填孔压缩强度设计许用值SFHC-ALL，计算公式为SFHC-ALL＝SBASE*CBB*CEN*CD*CW/D*CTORQ*CGAP*CCSK。进一步地，第一阶段中，将试验件规划成三种AML值的试验件组，形成第一试验件组、第二试验件组及第三试验件组，第一试验件组的AML值为-28，第二试验机组的AML值为0，第三试验件组的AML值为25，从而获得工艺批次影响因子CBB、湿热环境影响因子CEN、直径影响因子CD、宽度-直径比影响因子CW/D、、拧紧力矩影响因子CTORQ、间隙影响因子CGAP、孔沉头影响因子CCSK和填孔压缩强度基本值SBASE。进一步地，获取所述工艺批次影响因子CBB的过程为：采用B基准值简化采样试验矩阵形式，分别从第一试验件组抽取18个第一试验件、从第二试验件组抽取18个第二试验件、从第三试验件组抽取18个第三试验件；每组均采用3个批次预浸料、2个固化循环，18个试验件；在湿热环境、几何参数、铺层顺序等条件完全相同情况下，通过如下公式计算所述工艺批次影响因子CBB，σB基准值/RTD——代表室温干态状态的B基准值；σ平均/RTD——代表室温干态状态的平均失效应变。进一步地，所述湿热环境影响因子CEN的获取过程为：获取同一材料批次、同一固化工艺、相同几何参数的第一试验件、第二试验件及第三试验件均18个，并均分成3组，一组试验件进行低温干态CTD试验、一组试验件进行室温干态RTD试验，最后一组试验件进行高温湿态ETW试验，用于得到湿热环境影响因子CEN，所述湿热环境影响因子CEN通过如下公式得：CEN＝Si/SRTDSi——代表高温湿态ETW或低温干态CTD平均失效应变；SRTD——代表室温干态平均失效应变。进一步地，所述直径影响因子CD的获取过程为：自第一试验件组、第二试验件组和第三试验件组中获取同一材料批次、同一固化工艺、几何参数中仅直径不同的试验件各36件，并均分成6组，每组的试验件均进行室温干态RTD试验件，并通过如下公式得到直径影响因子CD：CD＝(SD/S1/4)SD——代表不同直径试验件平均压缩失效应变；S1/4——代表直径为1/4in试验件平均压缩失效应变。进一步地，所述宽度-直径比影响因子CW/D的获取过程为：自第一试验件组、第二试验件组和第三试验件组中获取同一材料批次、同一固化工艺、几何参数中仅宽度-直径比不同的试验件各36件，并均分成6组，每组的试验件均进行室温干态RTD试验，并通过如下公式得到所述宽度-直径比影响因子CW/D：CW/D＝(SW/D/S5)SW/D——代表不同宽度-直径比试验件平均压缩失效应变；S5——代表宽度-直径比为5试验件平均压缩失效应变。进一步地，所述拧紧力矩影响因子CTORQ的获取过程为：自第一试验件组、第二试验件组和第三试验件组中获取同一材料批次、同一固化工艺、几何参数中仅拧紧力矩不同的试验件各12件，并均匀分成2组，每组的试验件均进行室温干态RTD试验，并通过如下公式得到所述拧紧力矩影响因子CTORQ：CTORQ＝(S100/S50)S100——代表100％拧紧力矩试验件平均压缩失效应变；S50——代表50％拧紧力矩试验件平均压缩失效应变。8、根据权利要求7所述的基于AML方法的复合材料填孔压缩强度设计许用值试验方法，其特征在于，所述间隙影响因子CGAP的获取过程为：自第一试验件组、第二试验件组和第三试验件组中获取同一材料批次、同一固化工艺、几何参数中仅配合间隙不同的试验件各24件，并均分成4组，每组的试验件均进行室温干态RTD试验，并通过如下公式得到所述间隙影响因子CGAP：CGAP＝(SGAP/S0)SGAP——代表不同配合间隙试验件平均压缩失效应变；S0——代表配合间隙为0试验件平均压缩失效应变。进一步地，所述孔沉头影响因子CCSK的获取过程为：自第一试验件组、第二试验件组和第三试验件组中获取同一材料批次、同一固化工艺、几何参数中仅孔沉头百分比不同的试验件各30件，并均分成5组，每组的试验件均进行室温干态RTD试验，并通过如下公式得到孔沉头影响因子CCSK：CCSK＝(SCSK/S0)SCSK——代表不同孔沉头深度百分比的试验件平均压缩失效应变；S0——代表非沉头孔试验件平均压缩失效应变。进一步地，所述填孔压缩强度基本值SBASE的获取过程为：自第一试验件组、第二试验件组和第三试验件组中获取同一材料批次、同一固化工艺、相同几何参数的试验件各6件，并进行低温干态CTD试验、室温干态RTD试验和高温湿态ETW试验，用于得到填孔压缩强度基本值SBASE。本专利技术的基于AML方法的复合材料填孔压缩强度设计许用值试验方法与以往试验方法相比，具有试验件数量更少，试验周期更短，试验经费更少，考虑影响因子更全面，所获填孔压缩设计许用值更接近工程实际的技术特点。该专利技术为军、民机复合材料结构获取填孔压缩强度设计许用值提供了新的可行试验方法。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。图1为现有技术结构设计中的典型毯式曲线示意图。图2为现有技术的典型的AML曲线示意图(碳纤维)。图3为本专利技术的工艺批次影响因子与AML关系曲线示意图。图4为本专利技术的湿热环境影响因子与AML关系曲线示意图。图5为本专利技术的直径影响因子与AML关系曲线示意图。图6为本专利技术的宽度-直径比影响因子与AML关系曲线示意图。图7为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于AML方法的复合材料填孔压缩强度设计许用值试验方法，其特征在于，包括第一阶段：通过积木式试验元件级试验获取工艺批次影响因子CBB、湿热环境影响因子CEN、直径影响因子CD、宽度‑直径比影响因子CW/D、、拧紧力矩影响因子CTORQ、间隙影响因子CGAP、孔沉头影响因子CCSK和填孔压缩强度基本值SBASE；第二阶段：通过上述得到的各种参数计算填孔压缩强度设计许用值SFHC‑ALL，计算公式为SFHC‑ALL＝SBASE*CBB*CEN*CD*CW/D*CTORQ*CGAP*CCSK。

【技术特征摘要】
2016.11.29 CN 20161107096721.一种基于AML方法的复合材料填孔压缩强度设计许用值试验方法，其特征在于，包括第一阶段：通过积木式试验元件级试验获取工艺批次影响因子CBB、湿热环境影响因子CEN、直径影响因子CD、宽度-直径比影响因子CW/D、、拧紧力矩影响因子CTORQ、间隙影响因子CGAP、孔沉头影响因子CCSK和填孔压缩强度基本值SBASE；第二阶段：通过上述得到的各种参数计算填孔压缩强度设计许用值SFHC-ALL，计算公式为SFHC-ALL＝SBASE*CBB*CEN*CD*CW/D*CTORQ*CGAP*CCSK。2.根据权利要求1所述的基于AML方法的复合材料填孔压缩强度设计许用值试验方法，其特征在于，第一阶段中，将试验件规划成三种AML值的试验件组，形成第一试验件组、第二试验件组及第三试验件组，第一试验件组的AML值为-28，第二试验件组的AML值为0，第三试验件组的AML值为25，从而获得工艺批次影响因子CBB、湿热环境影响因子CEN、直径影响因子CD、宽度-直径比影响因子CW/D、、拧紧力矩影响因子CTORQ、间隙影响因子CGAP、孔沉头影响因子CCSK和填孔压缩强度基本值SBASE。3.根据权利要求2所述的基于AML方法的复合材料填孔压缩强度设计许用值试验方法，其特征在于，获取所述工艺批次影响因子CBB的过程为：采用B基准值简化采样试验矩阵形式，分别从第一试验件组抽取18个第一试验件、从第二试验件组抽取18个第二试验件、从第三试验件组抽取18个第三试验件；每组均采用3个批次预浸料、2个固化循环，18个试验件；在湿热环境、几何参数、铺层顺序等条件完全相同情况下，通过如下公式计算所述工艺批次影响因子CBB，σB基准值/RTD——代表室温干态状态的B基准值；σ平均/RTD——代表室温干态状态的平均失效应变。4.根据权利要求3所述的基于AML方法的复合材料填孔压缩强度设计许用值试验方法，其特征在于，所述湿热环境影响因子CEN的获取过程为：获取同一材料批次、同一固化工艺、相同几何参数的第一试验件、第二试验件及第三试验件均18个，并均分成3组，一组试验件进行低温干态CTD试验、一组试验件进行室温干态RTD试验，最后一组试验件进行高温湿态ETW试验，用于得到湿热环境影响因子CEN，所述湿热环境影响因子CEN通过如下公式得：CEN＝Si/SRTDSi——代表高温湿态ETW或低温干态CTD平均失效应变；SRTD——代表室温干态平均失效应变。5.根据权利要求4所述的基于AML方法的复合材料填孔压缩强度设计许用值试验方法，其特征在于，所述直径影响因子CD的获取过程为：自第一试验件组、第二试验件组和第三试验件组中获取同一材料批次、同一固化工艺、几何参数中仅直径不同的试验件各36件，并均分成6组，每组的试验件均进行室温干态RTD试验件，并通过如下公...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄金昌，朱天文，卢志刚，王海龙，耿玉新，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21