复合材料胶接搭接接头应力分析方法研究

胶接是复合材料结构主要连接方法之一,对胶接接头进行应力分析是保证复合材料安全性、耐久性的关键。在初步设计阶段,一般采用解析方法对胶接接头进行应力分析及参数研究。针对复合材料双搭接和单搭接胶接接头,在Tsai等人的理论分析方法（TOM方法）基础上,提出了一种改进的搭接接头剪应力分析方法,该方法考虑了被胶接件的剪切变形,认为被胶接件只有在靠近胶层的半个厚度上产生剪切变形,剪应力沿该半厚度呈线性分布。算例分析结果表明：本文方法比现有的分析方法更接近于有限元模拟结果,可用于估算复合材料胶接接头剪应力分布。     

缝合复合材料T型接头拉伸载荷下的有限元数值模拟

利用ABAQUS软件对拉伸载荷下的缝合T型接头进行建模与分析,采用基于内聚力模型（CZM）的黏聚接触方法来模拟筋条与蒙皮的脱粘行为,以基于细观力学的非线性弹簧模拟缝线在上下界面的增强作用。在模型基础上对缝线直径进行参数化分析,研究其对T型接头拉伸性能的影响。结果表明：随缝线直径增大,接头极限破坏载荷提高,即拉伸承载能力提高。有限元分析结果与试验值吻合较好。值得注意的是,当缝线直径增大到1 500旦尼尔时,模拟结果与试验数据存在10.4%的误差,这是因为模型未考虑缝合对层合板面内性能的影响,忽略了缝线可能造成的材料损伤。考虑到T型接头在拉伸载荷作用下的破坏模式主要是I型和Ⅱ型破坏,因此宜采用二维有限元模型进行参数化分析,计算效率高并且与试验结果吻合较好。     

T接头初始破坏位置研究

通过试验和模拟分析研究了复合材料T接头在拉脱载荷作用下,其初始破坏可能出现的位置,并对影响其初始破坏位置的主要因素即蒙皮与突缘厚度度比和蒙皮与突缘宽度比进行分析.     

一种改进的复合材料T型接头失效模拟

通过自定义本构关系和破坏准则的单元，建立了复合材料T型接头有限元模型，并模拟了承受面外拉伸载荷时接头的裂纹扩展和失效过程。分析结果显示相比使用已有的粘接单元，自定义单元能够更准确的模拟接头填充区域的裂纹扩展和最终失效形式。     

复合材料单搭胶接接头静力与疲劳裂纹扩展研究

胶层裂纹是复合材料胶接接头的常见损伤形式之一,严重影响复合材料结构的完整性。以胶接结构中常见的复合材料单搭胶接接头为研究对象,建立其三维数值模型,采用双线性内聚力本构关系表征静态裂纹扩展,并将静态模型扩展至疲劳裂纹扩展模型;结合静力与疲劳试验,对单搭胶接接头的应力应变分布规律、裂纹扩展与破坏机理展开研究。结果表明：单搭胶接接头在静力和疲劳载荷下,由于偏心拉伸应变呈非线性变化,搭接区域两端由于应力集中首先出现裂纹,由两端向中央区域扩展并迅速贯穿整个搭接区域,静力失效模式为内聚破坏,疲劳断面为界面脱胶。     

复合材料层合板胶接补强结构的承载能力分析

在任意四边形四节点复合材料层合板壳单元的基础上，推导了相应的八节点胶单元，并采用蔡-希尔强度理论以及蔡氏刚度退化准则，对复合材料层合板胶接补强结构进行刚度分析和极限承载能力分析，编制了相应的有限元分析程序。通过算例，对不同的补强面积对结构挠度的影响，以及对复合材料层合板开孔处补强结构的破坏载荷进行了分析和讨论，得到了一些有益的结果。     

曲面复合材料胶接修补研究

在曲面复合材料胶接修补中，补片的形状尺寸对胶接强度有较大影响。采用“三板模型”对修补结构进行三维8节点各向同性体元和8节点各向异性层合板元的有限元建模分析，从多个参变量的计算结果得到如下结论：补片的面积为孔面积的5～10倍、厚度为孔深的40％-55％、补片端部的尖削比达到14时，修补结构的强度恢复能达到最大值。     

复合材料胶接修补结构剩余强度分析

随着复合材料在航空结构中的广泛应用,航空复合材料修补技术也成为研究热点。通过复合材料单面胶接维修方法,将抛物线型损伤演化规律应用于胶层的损伤分析。对商业有限元软件进行了二次开发并建立了数值模型,研究了补片尺寸与厚度对修补结构压缩强度的影响。对复合材料胶接修补结构试验件进行剩余强度试验,研究了补片形状、尺寸、厚度等参数对修补后结构压缩剩余强度的影响。数值模拟结果与试验值吻合良好,误差在5%以内。     

金属裂纹板复合材料胶接修补结构裂纹扩展行为研究

为研究金属裂纹板复合材料胶接修补结构的裂纹扩展行为,进行了LY12CZ航空铝合金裂纹板碳/环氧复合材料补片胶接修复结构的疲劳性能测试试验,观察修补结构疲劳失效模式,并测量一定疲劳周次下的铝合金板的裂纹长度.建立了考虑裂纹扩展,界面脱粘两种失效模式相互耦合的三维非线性有限元分析模型,计算出不同裂纹长度对应的疲劳寿命,对修补结构的疲劳性能进行了评估,其数值计算与试验结果吻合较好.     

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。     

复合材料补片胶接修补结构的有限元分析

采用有限元分析方法,研究了裂纹板胶接复合材料补片后,裂纹尖端的应力强度因子值,结果表明：增加补片的宽度和厚度,或者减少补片的长度,都可以提高结构的修补效果。     

补片尺寸对复合材料胶接修理性能的影响

在复合材料胶接修补中，补片的尺寸对胶接强度的影响非常关键。本文针对单面胶接修理结构建立了“三板模型”，并且，通过试验来验证该有限元模型的正确性，然后，利用该模型来分析补片尺寸对胶接质量的影响。对计算结果的分析发现：补片的直径为孔直径的2—3倍，厚度为孔深的45％～60％时，修补结构的强度恢复能达到最大值。     

TA2/Ni+Nb中间层/1Cr18Ni9Ti扩散焊接头的组织与性能

采用50μm纯Ni箔+10μm纯Nb箔复合中间层,在焊接温度840℃,880℃和920℃,压力4MPa以及保温时间60min的工艺下,对工业纯钛TA2和1Cr18Ni9Ti不锈钢进行了真空扩散焊实验,测试了接头的抗拉强度,并利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)对接头的组织结构、元素分布以及断口形貌和相组成进行了分析。结果表明:Ni+Nb复合中间层的存在成功阻止了Fe,Ti互扩散,实现了TA2与1Cr18Ni9Ti的可靠连接,接头的拉伸强度达到261MPa,该强度主要受剩余Ni箔控制,且焊接温度的变化对其影响不大。接头所生成反应层自不锈钢一侧起分别为FeCrNi固溶体、剩余Ni,Ni3Nb,剩余Nb以及TiNb魏氏体。     

复合材料与金属胶接结构的次弯曲效应研究

复合材料与金属胶接单搭接的次弯曲效应引起的剥离应力,会大大降低接头的强度。采用有限元方法分析复合材料铺向角、铺层顺序及斜削对次弯曲的影响,并进一步研究分析次弯曲和胶层剥离应力、板的弯曲刚度之间的关系。结果表明：次弯曲影响剥离应力的大小;弯曲刚度越大,次弯曲越小;斜削有助于减小次弯曲。     

国外复合材料飞机结构应用现状分析

重点介绍了国外复合材料飞机结构的应用及发展 ,同时 ,对我国航空复合材料的发展提出了几点思考。     

利用金属间化合物增强陶瓷钎焊接头强度

研究了Ag-Cu-Ti/加Ti/N i/Ti复合层钎焊S i3N4陶瓷的接头组织与性能。结果表明,钎缝中形成了以金属间化合物为高熔点相和Ag-Cu作为基体的组织。对界面反应层的观察表明,反应层分为两层结构。保温时间、连接温度、Ti箔和N i箔厚度及Ag-Cu-Ti钎料厚度均能影响接头组织和强度。在本实验范围内,其它参数一定的条件下,分别在30m in,970℃,Ti箔30μm和N i箔60μm及Ag-Cu-Ti片150μm时取得了最大强度值。     

复合材料层合板螺栓连接失效分析

利用ABAQUS软件,加入失效分析程序对层合板螺栓连接挤压强度进行分析.本文提出一种合理的材料刚度退化方法模拟材料失效过程,计算中采用Hashin准则为失效判据,考虑了接触关系,材料逐步失效以及几何非线性等因素.研究结果表明,对压缩失效与拉伸失效采用不同的刚度退化方法能较准确地描述材料失效状态;孔径与板厚度比(D/t)对螺栓孔挤压强度影响较大,随着D/t值减小,螺栓孔挤压失效区域向螺栓孔中心线位置集中.     

复合材料补片的胶接修理决策

简要地介绍了复合材料补片胶接修理过程中的所涉及到的可修性、修理方案、修理效率和耐久性寿命等问题,可为损伤金属飞机结构的胶接修理提供评定依据。     

高温对单搭接接头强度的影响

对不同温度下单搭接接头进行拉伸试验,对比不同温度对接头强度的影响。结果表明,温度越

高,接头强度越低,同时,随着温度的升高,胶层的破坏模式也发生变化。通过有限元数值仿真,模拟不同温度

下胶层表面上等效应力的分布情况,得出温度越高,胶层热应力越大,接头强度越低等结论。