【摘要】：T型接頭是一種應(yīng)用于現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)的整體化復(fù)合材料典型結(jié)構(gòu)形式。蒙皮與緣條之間界面的脫膠是T型接頭的典型失效模式。通過Z-pin增強(qiáng)技術(shù)能夠顯著提高蒙皮與緣條的界面性能。本文采用商業(yè)有限元軟件ABAQUS建立Z-pin增強(qiáng)模型,研究Z-pin對(duì)復(fù)合材料T型接頭性能的影響,主要內(nèi)容如下:1.介紹了基于內(nèi)聚力模型的粘聚接觸模擬方法,分別采用二次的名義應(yīng)力強(qiáng)度準(zhǔn)則來預(yù)測(cè)接觸面脫膠的起始,采用混合型能量釋放率準(zhǔn)則來預(yù)測(cè)界面脫膠的擴(kuò)展。介紹了基于細(xì)觀力學(xué)的Z-pin橋聯(lián)律計(jì)算方法,通過與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較,確定該方法計(jì)算Z-pin張開型橋聯(lián)律與剪切型橋聯(lián)律的準(zhǔn)確性。2.建立拉脫載荷下復(fù)合材料T型接頭的三維有限元模型,通過定義粘聚接觸來模擬界面的脫膠,采用與細(xì)觀力學(xué)方法相結(jié)合的非線性彈簧元模擬Z-pin的增強(qiáng)效果。分析結(jié)果與試驗(yàn)吻合較好,驗(yàn)證了粘聚接觸模擬界面破壞及非線性彈簧模擬Z-pin增強(qiáng)機(jī)制的可靠性。在此基礎(chǔ)上建立了拉脫載荷下復(fù)合材料T型接頭的二維有限元模型,界面及Z-pin的模擬方法與三維模型相同。二維的分析結(jié)果與試驗(yàn)吻合較好,從而為Z-pin增強(qiáng)的參數(shù)化分析作準(zhǔn)備。3.建立側(cè)彎載荷下復(fù)合材料T型接頭的三維有限元模型,通過Ufield子程序加入三維Hashin失效判據(jù),建立剛度退化模型。研究了復(fù)合材料T型接頭在側(cè)彎載荷下受壓側(cè)緣條材料的損傷對(duì)其承載能力降低的影響,得到緣條區(qū)的Z-pin增強(qiáng)較難提高復(fù)合材料T型接頭側(cè)彎承載能力的結(jié)論。4.采用二維模型進(jìn)行了各Z-pin參數(shù)對(duì)復(fù)合材料T型接頭拉脫承載能力影響的參數(shù)化分析,深入地研究了各參數(shù)及Z-pin布置位置的影響,并提出了設(shè)計(jì)建議。
[Abstract]:T-joint is a typical integral composite structure used in modern aircraft structures. The degumming of the interface between the skin and the edge strip is the typical failure mode of T-joint. The interfacial properties of skin and fringes can be significantly improved by Z-pin enhancement technique. In this paper, the commercial finite element software ABAQUS is used to establish the Z-pin reinforcement model, and the effect of Z-pin on the properties of T-joints is studied. The main contents are as follows: 1. In this paper, the cohesive contact simulation method based on cohesive force model is introduced. The quadratic nominal stress intensity criterion is used to predict the initial degumming of the contact surface, and the hybrid energy release rate criterion is used to predict the expansion of the interface degumming. The calculation method of Z-pin bridge law based on mesomechanics is introduced. By comparing with the experimental data, the accuracy of this method in calculating Z-pin open bridge law and shear bridge law is determined. 2. A three-dimensional finite element model of T-joints of composite materials under pull-off loading was established. The interface degumming was simulated by defining cohesive contact, and the enhancement effect of Z-pin was simulated by nonlinear spring element combined with meso-mechanical method. The analytical results are in good agreement with the experimental results, which verify the reliability of the cohesive contact simulation interface failure and the nonlinear spring simulation Z-pin reinforcement mechanism. On the basis of this, a two-dimensional finite element model of composite T-joint under tension and detach load is established. The simulation method of interface and Z-pin is the same as that of 3D model. The results of two-dimensional analysis are in good agreement with the experimental results, thus preparing for the parameterized analysis enhanced by Z-pin. 3. Three-dimensional finite element model of composite T-joint under lateral bending load was established. The stiffness degradation model was established by adding three-dimensional Hashin failure criterion into Ufield subroutine. In this paper, the effect of damage on the load carrying capacity of composite T-joints under lateral bending loading is studied. The conclusion that Z-pin strengthening in the edge zone is difficult to improve the lateral bending capacity of T-joints is obtained. 4. The effects of Z-pin parameters on the tensile load capacity of composite T-joints are analyzed by using a two-dimensional model. The effects of each parameter and the location of Z-pin arrangement are studied in depth, and some design suggestions are put forward.
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V214.8

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本文編號(hào)：2302531