面向脆性结构件胶接的保压缓冲特性研究

摘要

目前飞机的胶接工艺主要应用于复合材料之间的连接，对于某些高强度，有曲率，轻质易碎的脆性复合材料，在胶接过程的保压阶段，直接对其进行刚性加载会造成脆性复合材料外表面的应力集中，无法满足其安全保压的要求。有必要在保压过程中进行缓冲，实现脆性结构件的柔性保压。但就目前来说，关于脆性结构件保压缓冲的特性存在着以下问题：缓冲垫材料的选择问题；缺少系统的缓冲均匀性优化方案；异形脆性结构件在保压胶接过程中侧滑严重，需要对保压力位姿进行矫正设计。针对以上问题，本文搭建了脆性结构保压缓冲系统，综合Abaqus仿真与实验分析的方法对其进行了研究。本文主要研究内容如下： (1)对常用缓冲材料的性能，适用范围进行了研究，从保压缓冲的安全性与可靠性出发，最终选择了硬度为Shore0040°的硅橡胶作为脆性结构件保压缓冲的材料。 (2)阐述了超弹性材料常用的六种本构模型，通过单轴压缩、体积压缩实验，拟合出所选材料的本构模型参数，为有限元分析提供了数据基础。 (3)提出了脆性结构件缓冲均匀性评估模型以及缓冲均匀性优化方案，包括其优化性能，适用范围，并结合仿真与实验验证的方法，证明了优化方案的可靠性。 (4)针对脆性结构件胶接过程中发生的侧滑现象，提出保压力位姿算法，结合有限元仿真以及保压实例验证了该算法可以将工程上脆性结构件在保压过程中的侧移控制在0.1mm以内。

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