本文關(guān)鍵詞：連接孔垂直度誤差對(duì)復(fù)合材料連接性能的影響

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【摘要】：碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料因其高比強(qiáng)度、高比剛度、耐腐蝕性、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn),在汽車制造業(yè)、建筑業(yè)、國(guó)防軍工、航空航天等領(lǐng)域中逐漸得到更多的使用。但本身具有強(qiáng)烈的各向異性、組織分散性等特點(diǎn),在制孔過(guò)程中易產(chǎn)生兩類缺陷：一類是與加工金屬材料相同的形位誤差,即垂直度誤差、圓度誤差、表面粗糙度等；另一類是碳纖維復(fù)合材料特有的加工缺陷,如毛刺、撕裂、分層、孔壁微裂紋等。這些誤差和缺陷對(duì)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、損傷容限以及疲勞壽命都可能造成重要影響。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于連接孔缺陷對(duì)復(fù)合材料機(jī)械連接的性能影響方面已經(jīng)開(kāi)展了諸多研究,然而針對(duì)連接孔垂直度誤差對(duì)復(fù)合材料機(jī)械連接的性能影響方面缺少相關(guān)的理論解析、數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究。針對(duì)上述問(wèn)題,結(jié)合國(guó)家973計(jì)劃課題相關(guān)研究?jī)?nèi)容,開(kāi)展了連接孔垂直度誤差對(duì)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料螺栓連接力學(xué)性能的影響的理論研究,以期為大型航空碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件連接孔加工垂直度誤差對(duì)性能影響評(píng)價(jià)提供理論參考。本文主要研究工作和取得的成果如下：(1)基于三維Hashin類失效準(zhǔn)則和漸進(jìn)損傷理論提出了一種描述材料損傷的剛度折減方案。利用UMAT用戶子程序?qū)μ祭w維復(fù)合材料板開(kāi)孔拉伸進(jìn)行數(shù)值分析,將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與碳纖維復(fù)合材料板開(kāi)孔拉伸試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明數(shù)值分析對(duì)極限載荷的預(yù)測(cè)和失效過(guò)程的預(yù)測(cè)結(jié)果與對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果吻合,驗(yàn)證了數(shù)值分析方法的可靠性。(2)通過(guò)單搭接單剪試驗(yàn)和有限元分析方法,獲得了慮及孔垂直度誤差碳纖維復(fù)合材料單釘螺接結(jié)構(gòu)在拉伸載荷作用下的力學(xué)行為和失效模式。對(duì)比不同孔垂直度誤差下的載荷-位移曲線和損傷分布,分析了孔垂直度誤差對(duì)復(fù)合材料單釘單剪結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響規(guī)律。(3)對(duì)碳纖維復(fù)合材料雙釘單剪結(jié)構(gòu)在拉伸載荷下進(jìn)行了理論分析和數(shù)值仿真,獲得了連接孔傾斜方向、傾斜角度和預(yù)緊力對(duì)連接結(jié)構(gòu)剛度和釘載分配的影響規(guī)律。上述研究工作和成果為航空大型復(fù)合材料構(gòu)件的連接性能分析提供了可行的技術(shù)手段參考。
【關(guān)鍵詞】：碳纖維復(fù)合材料 螺栓連接 垂直度誤差 力學(xué)性能 失效分析
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V214.8
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 碳纖維復(fù)合材料機(jī)械連接國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.3 課題來(lái)源及主要研究?jī)?nèi)容14-15
• 2 復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析15-31
• 2.1 引言15
• 2.2 復(fù)合材料漸進(jìn)損傷理論15-21
• 2.2.1 漸進(jìn)損傷理論15-20
• 2.2.2 用戶子程序UMAT20-21
• 2.3 漸進(jìn)損傷分析方法驗(yàn)證21-30
• 2.3.1 碳纖維復(fù)合材料開(kāi)孔板拉伸數(shù)值模型21-22
• 2.3.2 碳纖維復(fù)合材料開(kāi)孔板拉伸試驗(yàn)測(cè)試22-24
• 2.3.3 數(shù)值分析有效性24-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 3 垂直度誤差影響復(fù)合材料單釘單剪連接性能分析31-62
• 3.1 引言31
• 3.2 碳纖維復(fù)合材料單釘單剪連接結(jié)構(gòu)的拉伸性能測(cè)試31-44
• 3.2.1 碳纖維復(fù)合材料單剪連接結(jié)構(gòu)拉伸試驗(yàn)件與試驗(yàn)方法31-34
• 3.2.2 復(fù)合材料單剪拉伸試驗(yàn)結(jié)果及分析34-44
• 3.3 碳纖維復(fù)合材料單釘單剪連接結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析44-51
• 3.3.1 數(shù)值模型44-45
• 3.3.2 仿真參數(shù)45-46
• 3.3.3 數(shù)值模型驗(yàn)證46-51
• 3.4 參數(shù)討論和分析51-60
• 3.4.1 應(yīng)力影響分析51-55
• 3.4.2 連接性能與損傷分析55-60
• 3.5 本章小結(jié)60-62
• 4 垂直度誤差影響復(fù)合材料雙釘單剪連接性能分析62-71
• 4.1 碳纖維復(fù)合材料雙釘單剪連接結(jié)構(gòu)釘載分配理論分析62-64
• 4.2 碳纖維復(fù)合材料雙釘單剪連接結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析64-66
• 4.2.1 數(shù)值模型64-66
• 4.2.2 數(shù)值模型的有效性66
• 4.3 參數(shù)討論與分析66-70
• 4.4 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論71-73
• 參考文獻(xiàn)73-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況76-77
• 致謝77-78

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