本文關(guān)鍵詞：復(fù)合材料加筋板—鈦合金機械連接結(jié)構(gòu)優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：復(fù)合材料有比強度高、比剛度高、力學(xué)性能可設(shè)計性、耐疲勞等諸多優(yōu)點，但其相對鈦合金也有材料性能分散性大、沖擊損傷容限低、受濕熱等環(huán)境影響大、較難準確預(yù)測疲勞壽命以及制造費用相對較高等缺點，因此在實際應(yīng)用中還不能完全取代金屬材料。為綜合利用兩者的優(yōu)點，在當(dāng)前的飛機結(jié)構(gòu)中既需要不斷擴大復(fù)合材料的應(yīng)用范圍，又需要充分發(fā)揮金屬材料的固有優(yōu)勢，所以復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)的連接不可避免。機械連接與其它連接形式相比具有易于拆卸、可靠性高和受環(huán)境影響較小等優(yōu)點，因而成為承力較大部位的首選連接形式。復(fù)合材料往往做成加筋板殼形式，能以少量筋條材料為代價，使結(jié)構(gòu)的彎曲剛度大幅度提高，被廣泛應(yīng)用于包括航空航天在內(nèi)的各個工程領(lǐng)域。 本文為了研究復(fù)合材料加筋板-鈦合金機械連接結(jié)構(gòu)受拉伸載荷作用下的承載能力，對復(fù)合材料加筋板與鈦合金機械連接結(jié)構(gòu)進行了準靜態(tài)拉伸試驗。試驗結(jié)果表明，在拉伸過程中由于載荷偏心造成的附加彎矩導(dǎo)致加筋板腹板端部出現(xiàn)了較為嚴重的應(yīng)力集中和復(fù)合材料損傷，使連接結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了提前破壞。為了進一步分析腹板端部形狀對連接結(jié)構(gòu)強度的影響，本文對試驗進行了三維有限元模擬，模型中考慮了復(fù)合材料的漸進損傷失效、鈦合金的彈塑性以及緊固件連接部位的接觸。有限元模擬的破壞載荷、特定部位的應(yīng)變-載荷曲線和結(jié)構(gòu)失效模式均與試驗吻合較好，驗證了本文有限元模型的準確性。利用經(jīng)過驗證的有限元模擬方法，分析腹板端部幾何尺寸（腹板縮進距離和端部斜削角度）對復(fù)合材料加筋板-鈦合金機械連接結(jié)構(gòu)強度的影響。結(jié)果表明，腹板縮進距離和端部斜削角度變化會影響腹板端部的應(yīng)力分布和結(jié)構(gòu)的承載能力，對參數(shù)進行合理選擇能提高結(jié)構(gòu)強度。 在對連接結(jié)構(gòu)進行參數(shù)化優(yōu)選的基礎(chǔ)上，應(yīng)用ABAQUS的拓撲優(yōu)化方法進一步對筋條腹板端部進行優(yōu)化。為提高優(yōu)化計算的效率，，采用Global-local的方法取出Global model中關(guān)鍵的筋條部位作為local model，并驗證其形狀的變化對邊界條件的影響在可接受范圍內(nèi)。經(jīng)過拓撲優(yōu)化后，結(jié)構(gòu)的腹板端部應(yīng)力集中得到有效緩解。根據(jù)優(yōu)化所得結(jié)果對筋條腹板端部的形狀進行再設(shè)計，建立新的有限元模型進行計算，結(jié)果表明優(yōu)化后的設(shè)計提高了結(jié)構(gòu)的承載能力。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合材料加筋板 端部形狀 機械連接 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：V214.8
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 引言11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 復(fù)合材料加筋板研究概況12-13
• 1.2.2 復(fù)合材料-金屬連接研究概況13-15
• 1.2.3 拓撲優(yōu)化在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用概況15-16
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容16-18
• 第二章 復(fù)合材料加筋板-鈦合金機械連接拉伸試驗18-24
• 2.1. 靜拉伸試驗研究18-21
• 2.1.1 試驗件介紹18-20
• 2.1.2 拉伸試驗20-21
• 2.2 試驗結(jié)果分析21-23
• 2.2.1 承載能力分析21-22
• 2.2.2 損傷過程和結(jié)果分析22-23
• 2.3 本章小結(jié)23-24
• 第三章 復(fù)合材料加筋板-鈦合金機械連接數(shù)值模擬研究24-35
• 3.1 有限元建模方法24-31
• 3.1.1 復(fù)合材料建模方法24-29
• 3.1.2 鈦合金材料建模方法29
• 3.1.3 接觸、邊界及載荷設(shè)置方法29-31
• 3.2 復(fù)合材料加筋板-鈦合金機械連接模型驗證31-34
• 3.2.1 有限元和試驗載荷-位移曲線比較31
• 3.2.2 有限元和試驗應(yīng)變-載荷曲線比較31-33
• 3.2.3 有限元和試驗失效模式比較33-34
• 3.3 本章小結(jié)34-35
• 第四章 復(fù)合材料加筋板-鈦合金機械連接結(jié)構(gòu)強度分析35-51
• 4.1 引言35
• 4.2 復(fù)合材料加筋板機械連接結(jié)構(gòu)緊固件直徑調(diào)整35-37
• 4.3 復(fù)合材料加筋板機械連接結(jié)構(gòu)強度影響因素分析37-40
• 4.4 端部斜削角度和腹板縮進距離對結(jié)構(gòu)強度的影響及機理分析40-49
• 4.4.1 端部斜削角度的影響及其機理分析40-45
• 4.4.2 腹板縮進距離的影響及其機理分析45-49
• 4.5 本章小結(jié)49-51
• 第五章 復(fù)合材料加筋板-鈦合金機械連接腹板端部優(yōu)化51-61
• 5.1 ABAQUS 拓撲優(yōu)化簡介51-52
• 5.2 復(fù)合材料加筋板-鈦合金機械連接腹板端部子模型驗證52-55
• 5.3 復(fù)合材料加筋板-鈦合金機械連接腹板端部優(yōu)化55-60
• 5.4 本章小結(jié)60-61
• 第六章 總結(jié)與展望61-63
• 6.1 主要結(jié)論61-62
• 6.2 研究展望62-63
• 參考文獻63-68
• 致謝68-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的證明70

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本文編號：376620