復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究與失效分析.pdf

1、復(fù)合材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空、航天等工程應(yīng)用中，應(yīng)用場合也由剛開始的不承力結(jié)構(gòu)慢慢演變成為次承力結(jié)構(gòu)和主承力結(jié)構(gòu)，比如飛機(jī)艙門、安定面等結(jié)構(gòu)中，目前，空客公司應(yīng)用復(fù)合材料在主承力結(jié)構(gòu)中已經(jīng)有30多年的經(jīng)驗了，技術(shù)也變得相當(dāng)成熟。隨著共固化、整體成型等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，零件和緊固件數(shù)目大大降低，剩余的部位傳遞的載荷更大，然而，在飛機(jī)的一些特殊結(jié)構(gòu)以及因為某些設(shè)計和維護(hù)的需要，而安排的一些接口，這些部位就需要有相應(yīng)的連接方式來解決，因此，復(fù)合

2、材料結(jié)構(gòu)的連接是不可避免，此時連接結(jié)構(gòu)就成為復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位。
　　本課題就復(fù)合材料在飛機(jī)連接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，分別針對復(fù)合材料連接中的單個螺栓連接和膠接這兩種連接方式，采用三維漸近損傷理論，利用有限元分析軟件ANSYS，對以上兩種形式的連接建立了參數(shù)化模型，討論分析了兩種連接方式下幾何參數(shù)對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響;基于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)理論、三維逐漸累積損傷理論和合適的剛度退化理論，針對復(fù)合材料常見的失效形式纖維斷裂、基體開裂、基纖剪切

3、、分層等，編寫了復(fù)合材料失效判斷程序，進(jìn)而對連接結(jié)構(gòu)的失效載荷進(jìn)行了預(yù)測，并對比了文獻(xiàn)中的實驗結(jié)果，驗證了準(zhǔn)確性。具體內(nèi)容如下:
　　1.建立復(fù)合材料單個螺栓連接的三維模型，采用編寫的失效判斷程序、剛度退化程序、最終失效判據(jù)對其進(jìn)行強(qiáng)度預(yù)測，將軟件的模擬分析結(jié)果與已有的實驗結(jié)果進(jìn)行比較，經(jīng)過分析驗證了準(zhǔn)確性。
　　2.在ANSYS中建立單個螺栓連接的參數(shù)化模型，針對螺栓連接的搭接形式、連接板厚度、鋪層順序、預(yù)緊力、端距、邊距

4、等參數(shù)對連接強(qiáng)度的影響進(jìn)行了分析討論，得到了相應(yīng)的結(jié)論。
　　3.基于以上分析結(jié)果，對螺栓連接的累積損傷進(jìn)行了分析，提取了90°鋪層、0°鋪層、-45°鋪層、45°鋪層從初始失效到最終失效漸進(jìn)損傷的擴(kuò)展過程，并對不同外載荷下出現(xiàn)的失效形式進(jìn)行了詳細(xì)分析。
　　4.建立復(fù)合材料膠接的參數(shù)化模型，首先對單搭膠接和雙搭膠接進(jìn)行了應(yīng)力分析，接著對搭接長度、搭接板剛度對稱與否和膠層厚度對膠層剪應(yīng)力的影響進(jìn)行了分析，最后討論了膠接搭接長