碳纤维复合材料连接结构的强度分析及其影响因素

摘要

碳纤维复合材料的力学性能较之金属材料有着明显的优异性，因此成为材料领域中的黄金。由于其较好的比刚度，比强度和耐烧蚀性被广泛的应用于各个领域，如航空航天，汽车工业等。复合材料在大型结构中的设计与应用除了涉及到结构一体化的问题，还要考虑其连接设计（纵然其具有良好的一体性）。由于碳纤维复合材料各向异性的力学特点，复合材料的连接结构设计和强度分析往往要比纯金属材料复杂。常用的连接方式有机械连接，胶接连接和胶螺混合连接。而由于机械连接便于拆卸，容易检修且对界面要求较低，是目前应用最多的连接方式。本文将以碳纤维复合材料的机械连接结构作为研究对象，对由几何参数，搭接方式对机械连接结构的强度影响进行分析。本文主要研究内容如下：
　　首先，建立基于Hashin破坏准则的损伤演化模型，建立考虑内聚力模型的基础分析模型，通过与实验数据的对比后，对模型中的一些参数进行调整，使强度的计算误差在10％之内，从而建立一个可靠的数值仿真模型模型。
　　然后，对单螺栓连接双（单）剪搭接结构的几何参数进行模拟分析，给出载荷位移曲线和修正系数曲线，并结合其失效模式讨论几何参数对连接结构承载能力的影响。
　　最后，对多螺栓连接双剪搭接结构进行模拟分析，考虑双螺栓连接的钉间距和孔间距，给出载荷位移曲线和修正系数曲线。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 复合材料机械连接的破坏模式

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 准静态下复合材料损伤演化行为

2.1 破坏准则及损伤演化模型

2.1.1 Hashin损伤准则

2.1.2 刚度衰减

2.2 坐标转换

2.3 损伤模型的有限元实现

2.4 本章小结

第3章 双（单）剪单螺栓连接结构强度数值分析

3.1 双剪单螺栓连接基础模型

3.1.1 几何模型

3.1.2 材料模型

3.1.3 接触与边界条件

3.1.4 单元与网格

3.1.5 模型有效性验证

3.2 单剪单螺栓连接基础模型

3.2.1 几何模型

3.2.2 材料模型

3.2.3 接触与边界条件

3.2.4 单元与网格

3.2.5 模型有效性验证

3.3 修正系数

3.3.1 双剪凸头单螺栓模型端距影响因素

3.3.2 双剪凸头单螺栓模型厚度影响因素

3.3.3 双剪凸头单螺栓模型钉孔直径影响因素

3.3.4 单剪凸头单螺栓模型厚度影响因素

3.3.5 单剪凸头单螺栓模型钉孔直径影响因素

3.3.6 单剪埋头单螺栓模型厚度影响因素

3.3.7 单剪埋头单螺栓模型钉孔直径影响因素

3.4 双（单）剪单螺栓连接参数讨论

3.5 本章小结

第4章 双剪多螺栓连接强度分析

4.1 修正系数

4.1.1 双剪凸头双螺栓模型间距影响因素

4.1.2 双剪凸头双螺栓模型端距影响因素

4.2 双剪单（多）螺栓连接参数讨论

4.3 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢