主承力復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接方案和失效模式研究.pdf

1、復(fù)合材料因具有高比模、高比強(qiáng)及可設(shè)計性強(qiáng)等特點，在飛行器結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用，由最初應(yīng)用在飛行器的非受力構(gòu)件和次要受力構(gòu)件，發(fā)展到現(xiàn)在應(yīng)用在主承力構(gòu)件上，而連接問題是復(fù)合材料在實際應(yīng)用過程中必然面臨的課題，也是在設(shè)計結(jié)構(gòu)時最優(yōu)先考慮的部分。復(fù)合材料的連接設(shè)計方案在大中型復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)應(yīng)用中是非常重要的，尤其體現(xiàn)在航空領(lǐng)域，對結(jié)構(gòu)的安全有著至關(guān)重要的影響。由于復(fù)合材料的各向異性及脆性，其連接強(qiáng)度影響因素多，且失效模式復(fù)雜，這就需要

2、合理的設(shè)計來保證連接的效率和結(jié)構(gòu)的可靠性。
　　本研究分為四個部分：第一部分，根據(jù)復(fù)合材料機(jī)械連接設(shè)計的理論，分析了典型機(jī)械連接的破壞模式及設(shè)計形式，針對金屬接頭與復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接時存在的一些不足，設(shè)計了一種帶金屬接頭的泡沫夾芯帽形加筋復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接方案，用以提高接頭的連接效率和改善金屬接頭與復(fù)合材料連接時的剛度失配問題。并選用 VARI（真空輔助成型）工藝制作出該接頭連接結(jié)構(gòu)。第二部分，針對所設(shè)計的復(fù)合材料接頭連接結(jié)構(gòu)，為了全

3、面地分析結(jié)構(gòu)中設(shè)計的幾何參數(shù)對接頭力學(xué)性能的影響，建立三種試驗加載方案，通過對三點彎曲試驗方法，對連接接頭進(jìn)行力學(xué)性能測試，改變上蓋板角度θ和泡沫塊長度Lx，根據(jù)得到并經(jīng)轉(zhuǎn)換后的等效彎矩位移曲線來研究變化的設(shè)計參數(shù)對接頭抗彎性能的影響。最后給出了連接方案的一些合適的設(shè)計參數(shù)優(yōu)化。第三部分，根據(jù)復(fù)合材料典型機(jī)械連接失效模式及影響因素，對所設(shè)計的接頭連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，觀察到整個力學(xué)試驗過程中接頭連接結(jié)構(gòu)在不同加載方案下所出現(xiàn)的失效模式和失效

4、模式間具體的變化，總結(jié)并分析了不同設(shè)計參數(shù)下結(jié)構(gòu)所出現(xiàn)的七種失效模式以及它們產(chǎn)生的原因，最終得出接頭連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)、加載方式與失效模式三者之間的關(guān)系。第四部分，運用ABAQUS有限元軟件，建立了帶有金屬接頭的泡沫夾芯帽形加筋復(fù)合材料板連接結(jié)構(gòu)的模型，用數(shù)值模擬方法對設(shè)計的連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，根據(jù)應(yīng)力分布云圖分析出結(jié)構(gòu)在不同受載方式下所出現(xiàn)的各種失效模式，通過對比驗證了試驗中所觀察到的結(jié)構(gòu)失效情況，也驗證了通過合理的參數(shù)設(shè)計優(yōu)化能夠改