本文關(guān)鍵詞：碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接孔擠壓強(qiáng)化技術(shù)研究

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【摘要】：碳纖維增強(qiáng)樹脂基(CFRP)復(fù)合材料由于具有比強(qiáng)度高、比剛度高等優(yōu)異特性,被廣泛用于航空航天領(lǐng)域。在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中,機(jī)械連接是CFRP復(fù)合材料構(gòu)件主要的連接形式,而連接件上的緊固件孔破壞了構(gòu)件的完整性,是連接件上的應(yīng)力集中和薄弱環(huán)節(jié),導(dǎo)致CFRP復(fù)合材料機(jī)械連接件疲勞性能降低,直接影響飛機(jī)的長壽命設(shè)計(jì)。因此,在構(gòu)件薄弱處應(yīng)用有效的強(qiáng)化技術(shù)對于提高CFRP復(fù)合材料機(jī)械連接件的疲勞壽命是一項(xiàng)重要的措施。本文針對CFRP復(fù)合材料機(jī)械連接件開孔引起的低疲勞壽命問題,開展了CFRP復(fù)合材料機(jī)械連接孔擠壓強(qiáng)化技術(shù)研究,完成的主要工作如下:(1)制定了CFRP復(fù)合材料孔擠壓工藝流程,設(shè)計(jì)了適用于CFRP復(fù)合材料層合板的孔擠壓裝置平臺并研制鈦合金無縫襯套;制備了CFRP復(fù)合材料孔擠壓試驗(yàn)件,開展了CFRP復(fù)合材料層合板無縫襯套孔擠壓工藝試驗(yàn);分析了擠壓力的變化規(guī)律、擠后襯套尺寸以及擠后孔壁損傷情況,對CFRP復(fù)合材料層合板孔擠壓質(zhì)量進(jìn)行了評價(jià)。(2)建立了含端孔的CFRP復(fù)合材料層合板孔擠壓有限元仿真模型及CFRP復(fù)合材料機(jī)械連接件靜拉伸受載仿真模型。模型應(yīng)用了VUMAT用戶子程序,實(shí)現(xiàn)了基于Hashin失效準(zhǔn)則及部分材料性能退化模式的漸進(jìn)損傷演化。從孔邊應(yīng)力分布規(guī)律、單元損傷及失效方面對仿真結(jié)果進(jìn)行了研究分析,探究了孔擠壓對CFRP復(fù)合材料機(jī)械連接件承載性能的影響規(guī)律。(3)開展了不同擠壓量下的CFRP復(fù)合材料機(jī)械連接件靜拉伸和疲勞試驗(yàn),得到了不同擠壓量下的CFRP復(fù)合材料機(jī)械連接件連接強(qiáng)度和疲勞壽命。探究了孔擠壓對CFRP復(fù)合材料機(jī)械連接件承載性能、破壞模式及疲勞變形的影響規(guī)律,驗(yàn)證了孔擠壓工藝對CFRP復(fù)合材料機(jī)械連接件的疲勞增益效果,獲取了合適的擠壓工藝參數(shù)。
【關(guān)鍵詞】：碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料 機(jī)械連接 孔擠壓 有限元仿真 疲勞壽命
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ342.742;TB332
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注釋表12-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 碳纖維復(fù)合材料及其在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用13-15
• 1.1.1 碳纖維復(fù)合材料及其性能13-14
• 1.1.2 碳纖維復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)的連接與失效形式14-15
• 1.2 碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)機(jī)械連接性能研究15-17
• 1.2.1 復(fù)合材料對機(jī)械連接性能的影響15
• 1.2.2 幾何要素對機(jī)械連接性能的影響15-16
• 1.2.3 裝配工藝對機(jī)械連接性能的影響16-17
• 1.3 復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)孔擠壓強(qiáng)化工藝研究構(gòu)想17
• 1.4 本課題擬開展的主要工作17-19
• 第二章 CFRP復(fù)合材料層合板孔擠壓強(qiáng)化工藝方法19-31
• 2.1 CFRP復(fù)合材料層合板孔擠壓工藝系統(tǒng)19-22
• 2.1.1 孔擠壓流程19
• 2.1.2 孔擠壓硬件系統(tǒng)19-22
• 2.1.2.1 擠壓芯棒20
• 2.1.2.2 開縫墊圈20-21
• 2.1.2.3 無縫襯套21-22
• 2.2 含端孔CFRP復(fù)合材料層合板制備22
• 2.3 擠壓工藝參數(shù)22-24
• 2.4 CFRP復(fù)合材料層合板孔擠壓工藝試驗(yàn)24-26
• 2.4.1 襯套安裝24-25
• 2.4.2 擠壓過程25
• 2.4.3 擠壓力25-26
• 2.5 孔擠壓后表面質(zhì)量26-29
• 2.5.1 擠壓后襯套表面形貌26-27
• 2.5.1.1 擠壓出、入口形貌26
• 2.5.1.2 襯套孔壁質(zhì)量26-27
• 2.5.2 擠壓后襯套尺寸變化27-28
• 2.5.2.1 襯套高度變化27-28
• 2.5.2.2 襯套孔徑變化28
• 2.5.3 復(fù)合材料孔壁質(zhì)量28-29
• 2.6 本章小結(jié)29-31
• 第三章 CFRP復(fù)合材料機(jī)械連接數(shù)值模擬31-50
• 3.1 復(fù)合材料層合板漸進(jìn)損傷方法31-36
• 3.1.1 本構(gòu)模型31-33
• 3.1.2 失效判定準(zhǔn)則33-35
• 3.1.3 材料性能退化方案35-36
• 3.2 復(fù)合材料受載仿真分析流程36
• 3.3 有限元模型36-41
• 3.3.1 幾何及材料性能參數(shù)37
• 3.3.2 孔擠壓及裝配件有限元模型37-38
• 3.3.3 接觸關(guān)系及邊界條件38-39
• 3.3.4 Import功能的應(yīng)用39-40
• 3.3.5 螺栓擰緊力矩的施加40-41
• 3.3.6 VUMAT子程序41
• 3.4 仿真結(jié)果分析41-48
• 3.4.1 復(fù)合材料層合板孔擠壓仿真結(jié)果分析41-44
• 3.4.1.1 不同擠壓量下各層孔壁Mises應(yīng)力分布規(guī)律41-42
• 3.4.1.2 不同纖維鋪設(shè)方向下孔邊δ_(11)應(yīng)力分布規(guī)律42-43
• 3.4.1.3 不同擠壓量下 0°鋪層孔邊應(yīng)力分布規(guī)律43
• 3.4.1.4 不同擠壓量下孔壁損傷情況43-44
• 3.4.2 不同擠壓量下CFRP復(fù)合材料機(jī)械連接件靜拉伸受載仿真結(jié)果分析44-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第四章 CFRP復(fù)合材料機(jī)械連接疲勞性能試驗(yàn)研究50-61
• 4.1 試驗(yàn)條件與方法50-51
• 4.1.1 拉伸試驗(yàn)條件50
• 4.1.2 疲勞試驗(yàn)條件50-51
• 4.2 試驗(yàn)件51-52
• 4.2.1 裝配件結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)51-52
• 4.2.2 裝配過程52
• 4.3 拉伸試驗(yàn)結(jié)果52-55
• 4.3.1 CFRP復(fù)合材料機(jī)械連接靜強(qiáng)度52-54
• 4.3.2 拉伸破壞模式54-55
• 4.4 孔擠壓對CFRP復(fù)合材料機(jī)械連接件疲勞性能的影響55-60
• 4.4.1 孔擠壓對CFRP復(fù)合材料機(jī)械連接件疲勞變形的影響55-57
• 4.4.2 孔擠壓對CFRP復(fù)合材料機(jī)械連接件疲勞壽命的影響57-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 第五章 總結(jié)與展望61-63
• 5.1 總結(jié)61-62
• 5.2 展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 致謝67-68
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文68

【參考文獻(xiàn)】

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1 朱煒W，

本文編號：911427