【摘要】：碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料沉頭螺栓連接是飛機(jī)結(jié)構(gòu)中最常用的連接方式之一。但是,復(fù)合材料沉頭螺栓連接構(gòu)件的锪窩制孔相當(dāng)于一個(gè)潛在的疲勞損傷源,而國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于復(fù)合材料锪窩孔尺寸及誤差對(duì)連接結(jié)構(gòu)疲勞性能影響少有研究。因此,本文對(duì)復(fù)合材料沉頭螺栓連接結(jié)構(gòu)的載荷傳遞過程、疲勞失效過程、損傷產(chǎn)生及演化規(guī)律進(jìn)行研究。主要研究?jī)?nèi)容如下:基于復(fù)合材料三維本構(gòu)模型、Hashin失效準(zhǔn)則,建立復(fù)合材料沉頭螺栓連接結(jié)構(gòu)疲勞仿真的有限元模型,研究構(gòu)件連接區(qū)域的應(yīng)力場(chǎng)分布,揭示復(fù)合材料沉頭螺栓連接結(jié)構(gòu)的載荷傳遞規(guī)律�；趶�(fù)合材料沉頭螺栓連接結(jié)構(gòu)靜載荷與動(dòng)載荷試驗(yàn),通過試驗(yàn)和仿真等手段分析構(gòu)件在疲勞過程中連接部位的應(yīng)力分布情況,找到導(dǎo)致連接結(jié)構(gòu)缺陷產(chǎn)生的原因。研究锪窩孔倒圓角尺寸、锪窩孔深度誤差、锪窩孔坡度誤差及锪窩孔軸線偏心誤差對(duì)復(fù)合材料沉頭螺栓連接結(jié)構(gòu)疲勞性能的影響。對(duì)復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)分析,揭示不同锪窩孔尺寸及誤差對(duì)連接結(jié)構(gòu)疲勞性能的影響規(guī)律�；趶�(fù)合材料沉頭螺栓連接結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)及仿真分析,研究連接構(gòu)件的損傷形式及演變過程。揭示復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)的疲勞失效機(jī)理。本文分析了锪窩孔連接結(jié)構(gòu)的疲勞失效機(jī)理,研究了不同锪窩孔對(duì)連接結(jié)構(gòu)疲勞性能的影響,揭示了疲勞壽命的變化規(guī)律。從而優(yōu)化锪窩孔的加工制造工藝及構(gòu)件的連接工藝,并為锪窩制孔幾何誤差評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)提供理論支持。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V215.5
【圖文】：

課題來源本課題來源于國(guó)家商用飛機(jī)制造工程技術(shù)研究中心創(chuàng)新基金項(xiàng)目（COMACS-2016-33316）。課題研究背景與意義當(dāng)前我國(guó)正在大力發(fā)展航空業(yè)，提升我國(guó)航空技術(shù)水平，而航空材料一直作項(xiàng)技術(shù)難題阻礙著我國(guó)航空業(yè)的發(fā)展。航空器材料要求同時(shí)具備強(qiáng)度高、質(zhì)的特性。初始的航空設(shè)計(jì)主要使用鋁合金，其優(yōu)點(diǎn)主要是加工容易且技術(shù)成能夠較好的保證加工的質(zhì)量，同時(shí)能夠大大的降低成本。隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)復(fù)合加工制造的大量研究，復(fù)合材料的性能已經(jīng)能夠很好的控制，制造工藝及性析研究也進(jìn)一步加深，其優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Carbonfibeforcedpolymers），簡(jiǎn)稱 CFRP，其比強(qiáng)度、比模量高，且可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、抗疲勞好，可大幅減輕結(jié)構(gòu)件重量，提高連接結(jié)構(gòu)的可靠性[1]。同時(shí)，復(fù)合材料可入光纖管以監(jiān)控飛機(jī)的飛行狀況，對(duì)后期飛機(jī)的維護(hù)成本及安全性滿足最新機(jī)設(shè)計(jì)需求，能夠?qū)w機(jī)的綜合性能提升至少 20%以上[2]。因此，CFRP 被應(yīng)用于航空領(lǐng)域。

第一章 緒 論50%[6]，復(fù)合材料在飛機(jī)的使用量有了質(zhì)的飛躍[7]�？湛凸镜� A350xwb 民航機(jī)的復(fù)合材料使用比例達(dá) 52%，如圖 1-1 所示，被視為開啟了 CFRP 在飛機(jī)上用的新篇章[8]。2006 年國(guó)內(nèi)大飛機(jī) C919 大量采用復(fù)合材料取代傳統(tǒng)的鋁合金料，其中 CFRP 材料的用量超過 10%[9]，但仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)外大飛機(jī)的水平。飛機(jī)的形狀設(shè)計(jì)也因?yàn)閺?fù)合材料的大量使用而變得更加有益于氣體的流性，能大大減少能源的消耗。如圖 1-1 所示，采用復(fù)合材料的大型結(jié)構(gòu)件包括翼、機(jī)翼、機(jī)身、機(jī)身整流罩等，以及大量的主承力結(jié)構(gòu)。雖然國(guó)內(nèi)對(duì)于復(fù)合料的研究已經(jīng)取得一定成果，但是對(duì)于 CFRP 連接結(jié)構(gòu)的研究仍然處于探索階10]，這也是制約復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)上的主要原因。故而，開展CFRP 的機(jī)械連接性能的研究有著重要的意義。

第一章 緒 論因此，復(fù)合材料連接孔的尺寸及誤差的控制是保證飛機(jī)連命的重要因素之一。和緊固件之間的配合精度、機(jī)械連接方式對(duì)復(fù)合材料連接勞性能有直接影響。連接孔的加工允許誤差和緊固件的制緊固件的配合精度也有著確定作用。連接孔的加工誤差是的誤差允許范圍有必要進(jìn)行相關(guān)研究，從而獲得合適的加，以能夠更好的提高復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。

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本文編號(hào)：2776090