复合材料钛合金叠层结构间隙加垫补偿的拉伸性能研究

摘要

复合材料因其高比强度、高比刚度、隐身性能好等优点，在飞机结构中得到了广泛应用。因其材料特殊性，构件易发生收缩、卷曲等变形问题，导致零件装配时极易产生装配间隙。加垫补偿是一种最简单高效消除装配间隙的方法，当前的填隙研究中针对复合材料钛合金结构不均匀间隙分析较少，导致在工业生产中运用较多的固液混合加垫方式缺乏相关技术的理论支持及指导。因此，本文针对飞机装配中常见的复合材料/钛合金叠层结构装配间隙进行研究，旨在建立一种适用于工程应用的间隙分析模型，探究不同加垫方案对不同间隙厚度的连接件性能的影响，以期能指导工程有效科学的进行加垫补偿。以下为本文的主要研究内容:
　　第一章详细分析了国内外复合材料、复材连接件以及加垫研究的现状，结合工程中存在的问题，给出了本文的研究对象及内容，并简单介绍了论文的整体框架。
　　第二章阐述了复合材料的相关理论，如复合材料层合板力学理论、复合材料失效理论等。分析了复合材料渐进失效原理中常用的材料失效起始准则以及材料刚度退化模型等。
　　第三章建立复合材料单钉单搭接连接件有限元仿真模型，将仿真结果与论文中的实验结果进行对比，验证了模型的有效性，继而将该模型应用到叠层结构填隙模型的仿真中。
　　第四章通过对工程中装配间隙的分析提出合理假设，建立非均匀间隙的几何模型。总结研究和实际生产中的加垫方式，给出四种常见加垫方案。在0.6mm、1mm和1.5mm三种间隙情况下，对不同加垫方案进行对比分析，得出各种加垫方案对极限承载能力、应力应变分布及复合材料破坏的影响规律，为飞机装配过程填隙操作提供了的理论参照依据。
　　第五章总结了复合材料钛合金叠层结构装配间隙补偿方案的优劣，并对后续研究进行了展望。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景、研究目的及研究意义

1．2 复合材料连接件加垫国内外研究现状

1．2．1 复合材料发展概况

1．2．2 复合材料连接件研究现状

1．2．3 间隙加垫研究现状

1．3 本文的研究内容

1．4 本文的结构

第2章 复合材料螺栓连接件失效机理

2．1 引言

2．2 复合材料带孔板件的失效形式

2．3 复合材料连接件的失效理论

2．3．1 复合材料层合板理论

2．3．2 材料失效准则

2．3．3 刚度退化模型

2．4 本章小结

第3章 复合材料单钉连接件有限元验证

3．1 引言

3．2 有限元模型构造

3．2．1 几何模型

3．2．2 材料模型

3．2．3 退化模型

3．2．4 USDFLD子程序设计

3．3 网格划分及接触问题设置

3．3．1 单元选择和网格划分

3．3．2 接触条件

3．3．3 分析步、约束条件和载荷

3．4 分析结果与实验对比

3．5 本章小结

第4章 复合材料钛合金叠层结构加垫方案设计及拉伸性能分析

4．1 引言

4．2 装配间隙分析

4．3 加垫方案设计

4．4 有限元模型构建

4．4．1 网格划分和材料属性

4．4．2 接触条件和分析步

4．5 加垫方式及其参数对结构的力学性能影响分析

4．5．1 不加垫状态分析

4．5．2 液态垫片加垫状态分析

4．5．3 仿形垫片加垫状态分析

4．5．4 单块均匀垫片加垫状态分析

4．5．5 堆叠垫片加垫状态分析

4．5．6 相同间隙下不同加垫方式对比

4．6 本章小结

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要研究成果

附录