复合材料干涉配合连接有限元分析

摘要

复合材料具有比强度大、比刚度高等优点,在航天航空领域中有着广泛的应用。随着时代的发展,大量先进的复合材料也在军用领域得到了广泛的应用。航空复合材料的连接多适用于机械连接,与焊接和胶结相比,机械连接在可靠性及连接工艺上都有较大的优势。目前,飞行器设计中的复合材料连接仍主要采用机械连接,且干涉连接技术也得到了更广泛的应用。
　　 本文源自对航空铝合金的干涉配合连接疲劳寿命研究。文中将基于商业有限元分析软件ANSYS,建立航空复合材料干涉配合连接的三维有限元模型。根据复合材料单钉连接及多钉连接的力学特点,考虑预紧力对干涉配合连接的影响,研究其疲劳特征。
　　 首先,简述了复合材料层合板及其机械连接,概述了此领域研究的国内外现状,在此基础上引出本文的研究主旨。文中分析了复合材料板单钉连接在干涉配合作用下,孔边切向应力分布特点,比较了双剪搭接连接在高低两种远程纵向载荷作用下,孔边切向应力分布,并研究了预紧力对干涉配合连接的影响。
　　 其次,分析简述了复合材料板多钉连接配合,多钉干涉连接配合,并与单钉连接进行了比较,得出其孔边应力分布特点。通过分析复合材料板多钉连接在高低两种动态载荷作用下的应力分布,得出其疲劳特性。
　　 最后,总结了文中研究分析的内容,归纳出了有益结论,并对复合材料连接的未来工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 论文研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 本章小结

第二章 复合材料连接

2.1 复合材料力学性能概述

2.1.1 复合材料的定义及强化机理

2.1.2 复合材料力学特性

2.1.3 复合材料力学分析基本方法及方程

2.2 复合材料机械连接

2.2.1 机械连接概述

2.2.2 复合材料连接的特点及破坏形式

2.2.3 复合材料机械连接设计的一般原则

2.3 复合材料连接的分析方法

2.3.1 机械连接分析方法

2.3.2 接触问题的有限元方法

2.4 本章小结

第三章 干涉配合连接

3.1 机械连接延寿方法介绍

3.2 干涉配合连接原理

3.2.1 干涉配合的定义及应用

3.2.2 干涉配合强化机理

3.3 干涉比的选择

3.4 干涉配合紧固件的安装

3.4.1 应力波安装原理

3.4.2 干涉配合紧固件的应力波安装

3.5 本章小结

第四章 复合材料单钉干涉配合连接

4.1.复合材料层合板结构的有限元分析方法

4.1.1 ANSYS软件求解复合材料结构的功能简述

4.1.2 ANSYS中复合材料分析单元的选择

4.2 材料失效准则

4.2.1 ANSYS自带的失效准则

4.2.2 其他失效准则

4.3 复合材料单螺栓双剪搭接干涉配合连接分析模型

4.3.1 材料性能参数

4.3.2 单螺栓双剪搭接模型

4.3.3 单螺栓双剪搭接有限元模型

4.3.4 分析模型单元的选择

4.4 复合材料干涉配合ANSYS分析

4.4.1 ANSYS接触分析原理

4.4.2 边界条件处理

4.4.3 预紧力的施加

4.5 单钉干涉配合分析结论

4.5.1 ANSYS分析结果

4.5.2 孔边应力分布

4.5.3 分析结论

4.6 本章小结

第五章 复合材料多钉干涉配合连接

5.1 复合材料多钉连接研究现状

5.2 复合材料多钉连接载荷分配计算方法

5.2.1 多钉连接载荷分配的弹性力学方法介绍

5.2.2 基于弹簧模型的多钉载荷分配计算方法

5.3 多钉排列形式及载荷分配

5.3.1 一排多钉连接

5.3.2 花排多钉连接

5.4 复合材料多钉连接干涉配合连接分析

5.4.1 一排多钉连接分析模型

5.4.2 多钉连接有限元分析结果

5.4.3 分析结论

5.5 本章小结

第六章 结束语

6.1 本文工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献