连接方式对CFRP层合板接头拉伸失效行为的影响

摘要

在飞机结构设计中复合材料的连接设计与分析是非常重要的一部分。复合材料的构件无论在重量以及成本上，都在飞机制造中占有较大的分量；同时复合材料的连接区常常是容易发生问题的部位，这些位置只要发生故障或者破损，很有可能会造成严重的后果，因此复合材料的连接方式非常重要。机械连接、胶接连接是比较常用的连接方法，混合连接形式也比较普遍。针对于金属材料来讲，复合材料的连接的失效模式十分特殊，其损伤扩展特点以及其断裂性能等都有很大的不同之处，这给研究设计工作带来了巨大的挑战。因此，复合材料连接的失效分析十分必要，以降低不利因素的影响，将连接的效率和可靠性加以提高。
　　本文利用ABAQUS软件建立了CFRP层合板的有限元模型，采用局部失效判定的方法对机械连接、胶接连接以及混合连接方式的连接件的拉伸试验过程进行了有限元模拟，得到了连接试件的载荷-位移曲线，并对连接试件拉伸试验中的承载与破坏情况进行了预测。然后对三种不同连接方式的CFRP层合板试验件进行了轴向拉伸试验，将试验结果与有限元模拟结果进行比较。
　　研究表明：三种连接方式的试件在拉伸载荷的作用下，载荷与位移基本呈现线性关系；连接试验件在轴向拉伸载荷的作用下，机械连接试验件的破坏载荷最大，可达到200kN左右；胶接试验件的破坏载荷相对机械连接较小，约在130kN；混合连接试验件的破坏载荷约为180kN。在拉伸载荷的作用下，机械连接件连接区最外侧两排的应变最大，可达到-8000με；胶接连接件连接区的最大应变出现在胶层端部附近，达到了5000με；混合连接的连接区处最外侧钉承担更多的载荷。机械连接与混合连接件的破坏模式主要为钉孔挤压和层合板拉伸破坏，破坏发生在最外侧一排的钉附近；胶接试验件的破坏模式为层间剪切破坏。试验件载荷与位移曲线与模拟结果较为接近，承载情况与有限元分析结果相差很小，说明此有限元模型能够较为真实的模拟该试验。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外复合材料连接的研究进展

1.3复合材料连接的有限元分析进展

1.4本文的主要研究内容

第2章 CFRP层合板连接接头拉伸失效行为分析方法

2.1 CFRP层合板接头的连接方式及规格

2.2 CFRP层合板连接接头拉伸失效行为的有限元分析方法

2.3 CFRP层合板连接接头的拉伸试验方法

第3章 CFRP层合板连接接头拉伸行为的有限元分析

3.1 机械连接的有限元分析

3.2 胶接连接的有限元分析

3.3 混合连接的有限元分析

3.4 本章小结

第4章 CFRP层合板连接接头的试验分析

4.1 机械连接的拉伸试验分析

4.2 胶接连接的拉伸试验分析

4.3 混合连接的拉伸试验分析

4.4 CFRP层合板连接的设计优化

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢