填隙补偿对碳纤维/环氧树脂复合材料-铝合金装配结构力学性能的影响

摘要

碳纤维/环氧树脂复合材料和铝合金作为主要的航空材料,在飞机结构中存在着大量装配关系,但受成型工艺方法的限制,两种材料在制造和装配偏差的情况下,构件配合面间会产生装配间隙,当间隙超过一定大小时,需要采取填隙补偿措施.本研究基于实际结构抽象出碳纤维/环氧树脂复合材料-铝合金装配模型,使用装配试验台模拟施加螺栓预紧力,通过应变片实验比较强迫装配及垫片补偿情况下试件局部表面的应变分布,结合三维数字图像相关(3D-DIC)实验测得的试件表面应变场分析变形规律;通过有限元进行层间应力分析,提取内聚力单元各应力分量和损伤情况,研究填隙补偿对碳纤维/环氧树脂复合材料层间应力和局部损伤的影响.结合实验和仿真分析结果表明:强迫装配时,碳纤维/环氧树脂复合材料-铝合金试件主要受弯曲变形和螺栓头挤压的影响,且随着装配间隙的增大,各应变值均增大;垫片补偿在改善弯曲变形引起的应变状态的同时,也使中间贴合部位的螺栓头挤压区应变增大,但总体而言,垫片的引入使碳纤维/环氧树脂复合材料-铝合金试件表面应变分布趋于均匀,降低了碳纤维/环氧树脂复合材料损伤情况,且液体垫片补偿效果略好于可剥垫片.