CFRP双剪单钉连接接头强度分析

双剪连接接头是复合材料结构连接设计的主要环节。针对T300／KH304复合材料层合板的双剪连接形式，分析了单钉连接情况下的接头强度，并采用Yamada-Sun准则预测了该层合板结构双剪连接接头的破坏载荷。结果表明：该接头的破坏模式主要呈现为挤压破坏；Yamada-Sun准则可以较好地预测该结构的破坏载荷；所预测的接头的破坏载荷及破坏模式，试验结果与数值分析结果比较一致。     

复合材料层合板单排多钉双剪联接接头强度分析

双剪联接接头是复合材料结构连接设计的主要环节。针对T300/KH304复合材料层合板的单排多钉双剪联接接头,考虑到孔间距离对接头强度的影响,用三维有限元模型对接头的静强度进行数值分析。以应力分析为基础,采用Yamada-Sun准则预测了该层合板结构双剪联接接头的破坏载荷。试验结果表明,该接头的破坏模式主要呈现为挤压破坏,并伴随有净拉伸和剪切破坏模式;接头的位移——载荷曲线近似为直线;Yamada-Sun准则可以较好地预测该结构的破坏载荷;所预测的接头的破坏载荷及破坏模式,试验结果与数值分析结果比较一致。     

局部弯矩对复合材料结构连接区的影响

本文选取部分不同连接形式的复合材料连接试验,首先按一般结构强度设计时将连接区视为理想化的模型预算结构破坏模式及最大承载值,再结合试验结果分析不同连接形式中影响破坏的关键原因,相互比较,寻求较合理的复合材料连接形式,避免复合材料结构连接设计中的不足。     

表面处理工艺对复合材料与金属连接性能的影响

针对电子束毛化表面处理与传统的阳极化、喷砂表面处理工艺进行了对比试验,分析了经这3种工艺处理的金属与复合材料连接件的拉伸试验结果,得出的结论是经电子束毛化表面处理的金属与复合材料连接件的拉伸性能有很大提高.     

铺层比例对层合板连接结构损伤特性影响分析

复合材料螺栓连接结构,其铺层比例、铺层顺序对整体结构连接效率具有重要影响.基于ABAQUS有限元软件平台,对其进行二次开发定义材料损伤退化方法,建立三维渐进损伤模型对不同铺层比例复合材料层合板螺栓连接结构的损伤扩展及破坏特性进行数值模拟分析,计算结果与验证试验结果吻合较好.分析仿真与试验结果表明:对于CCF300/BA9916Ⅱ型复合材料层合板螺栓连接结构,铺层比例对结构连接效率有重要影响,合理确定±45°层比例可以显著提高孔边应力集中区的抗挤压和抗剪切能力,有效改善连接结构的破坏模式;在±45°层比例增加到50％之后,复合材料层合板螺栓连接结构的连接强度将不再显著提高.     

复合材料和结构机械连接件破坏历程的数值模拟与试验验证

采用数值模拟与试验相结合的方法研究工程设计中有关复合材料结构机械连接件的钉载分布、破坏规律及其承载能力问题。对典型问题进行了试验验证,计算结果与试验结果吻合很好。     

某飞机垂尾典型复合材料连接件疲劳试验

某飞机复合材料垂尾三处关键部位的复合材料与金属间采用螺栓机械连接，但螺栓孔布局不同，因此，便形成了某飞机复合材料垂尾三种典型的连接型式－双排均布、交错和均布／交错混合。对这三种典型连接形式的模拟件进行相同飞行任务剖面的疲劳试验，得出了不同部位的疲劳破坏形式平均寿命。试验结果既比较了三种典型的连接形式的优劣，也可作为确定某复合材料垂尾三处关键部位的检修周期的依据和等寿命设计的依据。     

复合材料缝合共固化单元失效分析

对两种结合界面形式（共固化及缝合共固化）的复合材料典型单元,采用数值模拟的方法对结构进行了渐进式破坏分析和强度定量评估,并与试验结果进行了对比,两者比较吻合。     

飞行器典型结构的热适配分体螺栓连接技术

由于复合材料与高温合金的热膨胀系数差异,导致在高温环境下采用高温合金机械连接件的复合材料组合构件发生预紧力降低。为解决高超声速飞行器热部件的连接难点、保证热结构的高温可靠性,对复合材料部件与高温合金螺栓的连接进行了研究。对一种采用分体式热适配螺栓的方法进行了相关的理论推导,采用典型单元进行的数值模型仿真表明了结果趋势的一致性良好。采用C/SiC局部端框的典型试验表明,这种新的连接设计在不改变以往常规连接强度性能的情况下,可以将820℃条件下的高温剩余预紧力由大约14%有效提升至80%。     

复合材料曲板缺陷及安装误差对屈曲性能的影响

复合材料曲板的屈曲行为对缺陷十分敏感,研究数值模拟及试验中缺陷对屈曲性能的影响对复合材料曲板的工程应用具有重要意义。应用数值模拟方法研究了常见典型缺陷及缺陷所引起的安装误差对复合材料曲板屈曲性能的影响。建立了理想曲板模型和考虑安装误差的含缺陷曲板模型,缺陷类型包括复合材料曲板在制造过程中易产生的缺陷,如倾斜、厚度不均、翘曲。计算了模型在轴压载荷下的屈曲载荷及应变分布情况,并将含缺陷模型计算结果与理想模型进行比较。研究表明：倾斜对受载曲板的应变分布改变较大,会使试验件屈曲载荷大幅下降;翘曲对受载曲板的应变分布影响不大但会使试验件屈曲载荷大幅下降;厚度不均的缺陷对曲板屈曲性能影响较小。与含典型缺陷的曲板轴压试验结果对比,试验结果与理论研究结果一致。     

新型金属/复合材料混合连接结构试验研究

为提高金属与复合材料混合连接结构的力学性能,提出一种金属与复合材料之间的新型连接方法。通过在金属与复合材料搭接区铺设胶膜,同时嵌入若干贯穿被连接件的金属细针,从而使得胶膜与细针共同传递被连接件之间的载荷。为探明和揭示该新型连接方法的优越性,制作了相应的试验件并开展了力学性能测试。通过分析试验过程中的载荷-位移关系以及试验件破坏模式,发现新型连接方法显著提高了金属与复合材料连接结构的破坏载荷、破坏应变及能量吸收能力。若将该新型连接方法应用于航空航天工程,将提高复合材料连接结构的承载效率,降低结构重量。此外,该连接方法还降低了接头破坏的突发性,从而有利于结构缺陷的检测。     

复合材料薄壁管轴向压溃吸能特性数值分析

采用数值模拟方法,对具有不同截面的几何等效复合材料管在轴向压溃载荷下的破坏吸能特性进行了分析。通过将复合材料圆管的准静态压溃计算结果与试验数据对比,验证了建模方法的准确性。在相同工况下对比分析了典型截面复合材料管的准静态和冲击压溃吸能特性。结果表明,复合材料管的截面形状会影响其破坏失效模式,加载条件对管的破坏吸能特性具有一定影响。正六边形截面管具有最好的综合吸能性能。     

国产碳纤维复合材料开孔拉伸失效分析与预测

基于国产碳纤维复合材料含孔层合板失效模式和损伤机理研究,结合试验分析建立了符合其失效机理的有限元模型,并在有限元模型中研究了不同失效准则对剩余强度计算结果的影响,通过比较试验数据与数值模拟结果表明:二维模型能比较准确地预测国产碳纤维复合材料含孔层合板的剩余强度,破坏载荷的数值模拟与试验数据的相对误差为7.9%,而拉伸模量的相对误差为5.6%.      

复合材料双搭接接头拉伸强度研究

对不同胶层厚度的复合材料双搭接接头拉伸强度进行了试验研究,结果表明接头的破坏模式是胶层剪切破坏,并且接头的极限强度随胶层厚度的增加而增大。在此基础上建立解析模型对复合材料双搭接接头胶层剪切破坏进行研究,模型中考虑了复合材料层板单层的各向异性及胶层的理想弹塑性材料属性,通过与有限元模型计算结果进行对比,验证了解析模型在计算胶层剪切应变/应力分布时的有效性。解析模型使用最大剪切应变准则计算接头的极限拉伸强度,计算得到的接头极限强度与试验结果吻合良好。     

电子束"毛化"技术及其在复合材料制造领域中的应用

电子束"毛化"技术是近年来报道的一种新型表面加工技术,由于其高效高精度表面形貌可定制的加工特点,使得此项技术在复合材料制造领域中有着潜在的应用.本文介绍了电子束"毛化"技术产生的基本原理以及金属和复合材料新型Comeld连接技术的最新国内外进展.     

复合材料舷窗大开口结构强度研究

复合材料舷窗结构作为飞行器的重要组成部件,对其强度进行研究具有重要意义。采用试验与数值模拟相结合的方法对舷窗结构的力学行为进行研究,首先得到结构件的极限剪切载荷,然后建立基于连续介质损伤力学(CDM)的数值模型进行仿真模拟。结果表明:所建立的数值模型可以准确预测结构件的强度值及损伤破坏部位。     

复合材料层合板沉头螺栓连接研究进展

随着复合材料在航空航天等领域的广泛应用,复合材料沉头螺栓连接研究受到了工程界的关注,但是在实际工程中仅通过数值方法或试验方法难以给出有效的结果。而通过将数值模拟技术与试验方法相结合,可以有效地分析出沉头螺栓连接各因素对载荷分布和力学性能的影响。这对于实际工程中提高复合材料沉头螺栓连接的结构效率有着非常重要的意义。     

Ω型加筋壁板连接结构在拉伸载荷下的破坏研究

考察机身收缩段的复合材料Ω型加筋壁板前段和后段连接结构在拉伸载荷下的承载能力,开展了拉伸破坏试验研究。试验件为壁板与框呈75°夹角的倾斜结构,试验考核了加筋壁板、连接框、连接角盒和紧固件的应变水平、试验件的载荷-位移曲线和破坏载荷。试验结果表明,Ω型加筋壁板前后段连接结构在拉伸载荷下,角盒和框的连接处的紧固件以及框的转角处最先发生破坏。试验结果可作为飞行机身复合材料结构连接的设计和评定依据。     

表面处理工艺对TB8钛合金与复合材料胶接性能的影响

为了研究不同表面处理工艺对TB8钛合金与复合材料胶接性能的影响,采用激光毛化、Na OH阳极氧化两种表面处理工艺在不同参数下对TB8钛合金进行表面处理,并分析其表面形貌;然后将表面处理后的TB8钛合金试样与复合材料胶接,采用90°剥离试验进行剥离强度对比研究。结果表明:激光毛化和Na OH阳极氧化均可提高TB8钛合金与复合材料的胶接剥离强度;经过60A-1ms-3Hz-270mm/min激光毛化后TB8钛合金与复合材料的胶接剥离强度最高达到4.20N/cm;经过10V-20min Na OH阳极氧化后TB8钛合金与复合材料的胶接剥离强度最高达到5.99 N/cm。     

温热环境对复合材料结构承载能力影响试验研究

针对复合材料结构设计时需考虑湿热环境的影响这一问题,分别进行了室温和湿热环境下的标准试样级许用值试验及加筋壁板典型细节结构轴压和剪切载荷试验,给出了许用值试验的环境补偿因子及加筋壁板的破坏载荷。试验结果表明,标准试样级试验得到的设计值较为保守。因此,在进行复合材料结构设计时还应综合考虑典型细节试验的结果。