轻质复合材料点阵夹芯板的连接设计及性能表征

发布时间：2018-08-08 14:41

【摘要】：在航空航天领域,低成本、高效率、高可靠性始终是结构设计者们的研究主题。复合材料点阵夹芯结构不仅拥有比刚度高、比强度高的力学优势,其内部开放、连通的空间还具有多功能一体化设计潜力,成为新的研究热点。在实际工程中,轻质夹芯结构并不是一个独立的个体,需要进行板间的拼接或与其他部件相互连接,因此有效的连接设计和强度研究是一个不可忽略的问题。本课题以碳纤维复合材料点阵夹芯板作为基本结构,开展连接设计和性能研究,为点阵夹芯结构的实际工程应用提供理论与技术支持,本文的主要工作包括以下内容:针对轻质点阵夹芯板的外挂连接的工况设计了柱形镶嵌件,并通过预埋粘接的方式制备出多组试件。对镶嵌件的多种受力状态进行了初步理论分析和失效预测,对镶嵌件受垂直板面法向拉伸载荷和平行板面剪切载荷作用两种典型工况进行试验研究,确定其失效模式和极限承载能力。通过有限元数值模拟对法向拉伸试验进行了仿真计算,计算结果与试验结果吻合较好。针对轻质点阵夹芯板的板间连接的工况,采用封灌机械加工碗形件和盲孔螺母的方式设计制备出可拆卸的L型连接。开展的承载性能测试包括弯曲载荷和剪切载荷两种方式,分别得到其失效模式和极限承载能力。对L型连接受剪切载荷作用的情况进行了有限元模拟分析,用数值计算结果解释了试验现象,研究成果对工程应用具有一定的指导意义。
[Abstract]:In the field of aerospace, low cost, high efficiency and high reliability have always been the research topics of structural designers. The composite lattice sandwich structure not only has the mechanical advantages of high specific stiffness and high specific strength, but also has the potential of multi-functional integrated design with open interior and connected space, so it has become a new research hotspot. In practical engineering, the lightweight sandwich structure is not an independent individual, it needs to be spliced between plates or connected with other components, so effective connection design and strength research is a problem that can not be ignored. In this paper, carbon fiber composite lattice sandwich board is taken as the basic structure, the connection design and performance research are carried out, which provides theoretical and technical support for the practical engineering application of lattice sandwich structure. The main work of this paper is as follows: according to the condition of external connection of light lattice sandwich panel, a cylindrical inlay is designed, and several groups of specimens are prepared by preset bonding. This paper makes a preliminary theoretical analysis and failure prediction of various mechanical states of the inlay, and makes an experimental study on the two typical working conditions of the insert subjected to the normal tensile load on the vertical plate surface and the shear load on the parallel plate surface. Determine its failure mode and ultimate bearing capacity. Through the finite element numerical simulation, the normal tensile test is simulated and calculated, and the calculated results are in good agreement with the experimental results. According to the condition of interplate connection of light lattice sandwich panel, the detachable L-type connection was designed and fabricated by sealing and filling machine to process the bowl and blind hole nut. The load-bearing performance test includes bending load and shear load, and the failure mode and ultimate load-carrying capacity are obtained respectively. Finite element simulation analysis is carried out on the condition that L-type continuous load is subjected to shear load, and the experimental phenomenon is explained by numerical calculation results. The research results have certain guiding significance for engineering application.
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB332

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本文编号：2172110