【摘要】：玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在航空航天、醫(yī)療、汽車(chē)、機(jī)械裝備和電子電器等行業(yè)得到越來(lái)越廣泛地應(yīng)用,得益于其質(zhì)輕高強(qiáng)、易于成型、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)零件模塊化生產(chǎn)的特點(diǎn),越來(lái)越多的零部件采用玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料替代傳統(tǒng)金屬材料。螺栓連接是復(fù)合材料連接中使用頻率最高的連接方式,由于螺栓連接開(kāi)孔引起應(yīng)力集中,連接處往往是連接部件中最薄弱的環(huán)節(jié)。因此,進(jìn)行玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料螺栓連接損傷分析與承載性能研究對(duì)提高連接件整體結(jié)構(gòu)性能具有重要意義。針對(duì)現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)對(duì)復(fù)合材料注塑件的結(jié)構(gòu)分析鮮有考慮纖維取向的情況,本文提出了一種基于Multicontinuum(MTC)理論建立代表性體積單元(RVE)并將單元內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變分解到各組分材料中,通過(guò)組分材料的應(yīng)力、應(yīng)變變化預(yù)測(cè)復(fù)合材料的損傷及失效過(guò)程�；诖瞬牧夏Ｐ�,將模流分析獲得的基體、玻纖材料屬性、纖維取向信息與材料的拉伸、壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,得到結(jié)構(gòu)分析所需的基體、纖維彈塑性參數(shù),最后將擬合結(jié)果映射到結(jié)構(gòu)分析模型中,避免了建立完全的微觀機(jī)械力場(chǎng)模擬模型,大大提高了分析的效率�；谏鲜隼碚摲治�,首先對(duì)PA6 GF30材料注塑樣條進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試,然后對(duì)樣條進(jìn)行纖維映射及拉伸實(shí)驗(yàn)仿真分析,將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明:基于材料分解、玻纖映射、材料參數(shù)擬合、損傷失效分析的聯(lián)合仿真分析方法能有效解決注塑件模流分析與結(jié)構(gòu)分析的延續(xù)性與準(zhǔn)確性問(wèn)題,同時(shí)提高了仿真分析的效率。最后,基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)螺栓連接失效模式與承載性能進(jìn)行研究,考察端徑比(E/D)、寬徑比(W/D)、厚徑比(T/D)、螺栓孔間隙、預(yù)緊力等對(duì)螺栓連接失效模式及承載性能的影響�；谡辉囼�(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果,通過(guò)極差分析及顯著性分析,結(jié)果表明:對(duì)連接性能影響大小依次為:寬徑比、厚徑比、端徑比、預(yù)緊力、螺栓孔間隙。理想的連接參數(shù)為:寬徑比4,端徑比3,厚徑比0.8,螺栓孔間隙越小對(duì)承載性能越有利,增大螺栓預(yù)緊力有助于提高連接承載力,但預(yù)緊力不應(yīng)超過(guò)2000N。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TH131.3
【圖文】：

碩士學(xué)位論文圖1.1 常見(jiàn)復(fù)合材料膠接連接方式示意圖1.2.2 復(fù)合材料機(jī)械連接對(duì)于較厚的、需要滿(mǎn)足可拆卸要求的連接件，應(yīng)選擇承受力較大的機(jī)械連接方式，機(jī)械連接由于其較高的可靠性、易拆卸性等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛地使用。與膠接相比，機(jī)械連接需要在復(fù)合材料上開(kāi)孔通并過(guò)螺栓或鉚釘?shù)冉饘倬o固件進(jìn)行緊固，因此容易在孔周?chē)霈F(xiàn)應(yīng)力集中和由于金屬硬度較大而把復(fù)合材料連接板表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)壓壞導(dǎo)致連接性能下降的情況。常見(jiàn)的復(fù)合材料機(jī)械連接主要連接方式有如下圖1.2所示：圖1.2 常見(jiàn)復(fù)合材料機(jī)械連接方式示意圖1.2.3 復(fù)合材料混合連接當(dāng)然，有時(shí)為了提高連接的可靠性、密封性，通常選擇膠接與機(jī)械連接同時(shí)使用的混合連接�；旌线B接兼具膠接與機(jī)械連接的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)兩種連接方式之間的互補(bǔ)，可以緩解螺栓孔周?chē)膽?yīng)力集中，提高連接的強(qiáng)度。需要指出的是，復(fù)合材料混合連接中僅當(dāng)螺栓連接強(qiáng)度大于膠接強(qiáng)度時(shí)螺栓連接才會(huì)起作用

因此容易在孔周?chē)霈F(xiàn)應(yīng)力集中和由于金屬硬度較大而把復(fù)合材料連接板表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)壓壞導(dǎo)致連接性能下降的情況。常見(jiàn)的復(fù)合材料機(jī)械連接主要連接方式有如下圖1.2所示：圖1.2 常見(jiàn)復(fù)合材料機(jī)械連接方式示意圖1.2.3 復(fù)合材料混合連接當(dāng)然，有時(shí)為了提高連接的可靠性、密封性，通常選擇膠接與機(jī)械連接同時(shí)使用的混合連接�；旌线B接兼具膠接與機(jī)械連接的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)兩種連接方式之間的互補(bǔ)，可以緩解螺栓孔周?chē)膽?yīng)力集中，提高連接的強(qiáng)度。需要指出的是，復(fù)合材料混合連接中僅當(dāng)螺栓連接強(qiáng)度大于膠接強(qiáng)度時(shí)螺栓連接才會(huì)起作用，否則，螺栓連接在混合連接中無(wú)增強(qiáng)作用。1.2.4 復(fù)合材料連接特點(diǎn)在復(fù)合材料的連接設(shè)計(jì)中，采用哪種連接方式要視其具體使用條件與各連接3

如常見(jiàn)的手糊、注塑、模壓、纖維纏繞、拉擠等。在航空航天、武器裝備、汽車(chē)、海洋工業(yè)等方面聚合物基復(fù)合材料獲得了日益廣泛的應(yīng)用。圖2.1 聚合物基復(fù)合材料在汽車(chē)上的應(yīng)用表2.1為常用結(jié)構(gòu)材料基本參數(shù)對(duì)比，從表中可以看出：與傳統(tǒng)鋼鐵材料相比，碳纖維復(fù)合材料的密度約為鋼材的1/5，為鋁合金的1/2，同時(shí)其比強(qiáng)度與比模量均遠(yuǎn)高于二者。表 2.1 常用結(jié)構(gòu)材料基本參數(shù)材料彈性模量GPa抗拉強(qiáng)度MPa密度g·cm-3比剛度GPa/（g·cm-3）比強(qiáng)度MPa/（g·cm-3）鋼 206 1200 7.8 26.0 153鋁合金 72 420 2.7 26.0 151鈦合金 117 1000 4.5 26.0 222SMC 10 100 1.9 5.3 53LFT 14 200 1.4 10.0 146玻纖（單向板）48 1245 2.0 24.0 623T300碳纖維（單向板）130 1760 1.6 81.0 110011

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本文編號(hào)：2805630