题目：含损伤复合材料层合板修补的快速建模与优化设计

以先进树脂基复合材料为代表的先进复合材料具有比强度、比刚度高，耐腐蚀，抗疲劳，可设计等诸多优点，经过近30年的发展应用，已开始在军用飞机和民用飞机中大规模应用，未来的航空、航天器结构将以复合材料为主，金属为辅。大量复合材料部件在生产、使用和维护过程中不可避免地会发生结构缺陷或损伤，对飞机复合材料结构的损伤进行经济、快速有效的修补，完全或部分恢复构件的承载能力，具有显著的经济效益。本文主要从以下四个方面研究含损伤复合材料修补、修补后的力学性能以及修理参数的优化，并开发快速建模软件。首先对先进复合材料的损伤形式进行分析，给出常用的复合材料结构修理方法如机械连接法、注射树脂法、贴补法、挖补法等修理方法的适用性。其次针对军用材料和民用材料层合板修补，用有限元软件ABAQUS建立参数化模型。本文建立层合板的贴补修理和双面挖补修理的有限元模型，采用了三维实体单元复合材料单层设置方法，建立1/4结构的有限元模型。再次本文开发了快速建模修补设计软件，该软件的主体部分是基于python的ABAQUS二次开发程序，该程序实现了复合材料层合板结构修补快速建模，快速建模修补设计软件是由C#界面、python脚本语言和ABAQUS集成开发形成的。最后由快速建模程序实现各类参数模型的快速建立，用蔡-吴准则和最大应变准则对修补后结构进行强度预报，并结合已有的试验数据对计算结果进行了验证。由计算结果和试验结果可以得出单面贴补、双面挖补的修补效果，还可以得出补片直径、厚度、挖补斜度、覆盖层层数等参数的优化结果，还分析了对于不同厚度和铺层母板的修理效果。本文通过对复合材料结构的几种典型修理的研究得到了一些具有实用价值的结论，也为复合材料修理设计提供很好的分析思路及设计软件。