拉伸载荷下复合材料T型接头的力学行为研究

摘要

本研究采用数据值计算和试验相结合的方法，对碳纤维复合材料T型接头在静拉伸加载状态下的断裂行为进行研究。
　　复合材料T型接头是复合材料典型整体化结构之一，由一型层合板、L型层合板和填料胶接而成。以复合材料经典层合板理论以及胶接特性为基础，建立复合材料T型接头有限元模型，计算其受拉伸载荷下的应力应变分布；由有限元计算结果可知，填料区为应力集中部位，预计首先发生破坏。针对该结果，对T型接头的填料区进行了参数优化，经过数值验证，在结构增重允许的范围内，增大圆弧半径是最有效的途径之一。
　　对复合材料T型接头在拉伸状态下的断裂行为进行进一步研究。建立T型接头数值模型以模拟其在拉伸载荷下的损伤产生、扩展及失效过程，并对试件进行静拉伸试验。结果表明，接头的初始损伤载荷为9.8KN~12.0KN，损伤发生后接头的载荷值发生突降（降低27％~38%），此时接头仍具有一定承载能力；试件完全脱胶载荷较初始损伤载荷略有降低（载荷范围为8.0KN~8.6KN）。数值计算和试验结果吻合，结果均显示填料区是T型接头最薄弱的部位，易发生破坏；填料区破坏后裂纹迅速向填料区周围的胶层扩展，导致胶层的剥离，胶层的剥离是导致T型接头失效的最主要原因。
　　研究结果为为碳纤维复合材料结构在拉伸载荷作用下的损伤与失效研究提供有益参考。课题得到预先研究经费的资助，研究工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 复合材料整体结构

1.3复合材料典型整体化结构形式及其研究现状

1.4 本文研究的主要内容、方法及意义

第二章 碳纤维复合材料T型接头的力学特性分析

2.1 胶接特性

2.2 复合材料层合板特性

2.3 复合材料T型接头整体结构抗拉伸力学性能的有限元分析及参数优化分析

2.4 本章小结

第三章 拉伸载荷下复合材料T型接头损伤的的数值模拟

3.1 层合板的简化

3.2 胶层的本构模型及损伤准则

3.3 填料区损伤准则

3.4 网格划分及边界条件

3.5 数值计算结果分析

3.6 本章小结

第四章 复合材料T型接头的静拉伸试验与分析

4.1 碳纤维复合材料T型胶接接头

4.2 试验及测试方法

4.3 拉伸试验结果分析

4.4 本章小结

第五章 复合材料T型接头中损伤信号初步分析

5.1 碳纤维复合材料健康监测中的Lamb波技术特征

5.2 Hilbert-huang方法

5.3 损伤信号处理及分析

第六章 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 研究工作的创新及贡献

6.3 存在问题和展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文