复合材料-金属毛化接头的失效预测模型

摘要

金属结构件与复合材料结构件的连接是航空工程中应用比较广泛的典型结构细节，常用的连接形式包括胶接、机械连接、混合连接等。本文针对复合材料与金属连接的一种新型连接形式——毛化接头，主要进行了以下几方面的研究工作：
　　1．根据毛化接头毛刺呈周期性分布的特点，建立了接头在拉伸载荷作用下的失效模式与破坏载荷的宏-细观预测模型，并验证该方法的适用性。
　　2．介绍了代表性体积元(RVE)的概念，根据毛刺的分布选择合适的代表性体积元，建立毛刺层单胞模型，施加周期性边界条件，通过有限元分析得到毛刺层的平均刚度参数。
　　3．基于累积损伤理论预测毛刺层的单胞强度，分析毛刺层的失效机理。本文中复合材料的破坏以三维Hashin失效准则作为判据，并采用刚度退化模型来模拟复合材料性能的退化，金属毛刺采用冯·米塞斯屈服准则及剪切损伤失效模型。由于不同铺层角度的纤维在毛刺周围缠绕的具体情况很复杂，毛刺与复合材料界面的性质很难确定，且试验结果表明，金属毛刺与复合材料之间的界面失效并不是毛化接头的主要失效模式，复合材料本身的破坏占主导地位，所以本文在进行细观力学分析时，暂未考虑金属和复合材料之间的界面失效，认为其为理想界面。
　　4．将毛刺层的等效材料参数赋予接头整体模型，预测接头的抗拉强度及失效模式，有限元预测结果与试验结果基本吻合。分析结果表明，毛化接头的承载能力和失效模式与毛刺的密度高度、搭接面积等因素密切相关，通过参数设计可获得较高的承载能力。
　　5．将宏-细观预测方法用于毛化-螺栓混合连接接头的失效预测，分析混合连接接头的失效机理及失效模式。

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注 释 表

第一章 绪论

1.1 复合材料发展概况

1.2 复合材料结构连接设计现状

1.3 本文的主要工作

第二章 复合材料-金属毛化接头的宏-细观有限元分析方法

2.1 引言

2.2 单胞模型理论

2.3 接头强度估算方法

2.4 粘接元理论

2.5 本章小结

第三章 毛化接头细观有限元分析

3.1 引言

3.2 毛化接头试验件参数

3.3 细观有限元建模

3.4 本章小结

第四章 毛化接头的整体有限元模拟与试验验证

4.1 引言

4.2 毛化接头三维建模

4.3 计算结果分析

4.4 本章小结

第五章 毛化-螺栓混合连接的有限元模拟与试验验证

5.1 引言

5.2 毛化-螺栓混合连接接头的有限元模型

5.3 毛化-螺栓混合连接接头的有限元计算结果分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文主要结论

6.2工作展望

参考文献

致谢

在学期间研究成果及发表的学术论文

攻读硕士学位期间发表（录用）论文情况

攻读硕士学位期间参加科研项目情况