复合材料钉载连接与制孔过程的损伤研究

发布时间：2020-01-17 07:35

【摘要】：复合材料钉载连接是一种广泛使用的连接形式,其连接强度是保证结构安全可靠的一个重要因素。复合材料的设计参数和钉孔加工质量均与其连接强度直接相关,通过数值模拟的方法研究这两个方面的影响因素,对于改进结构设计和制孔工艺有指导性作用。本文以ABAQUS有限元软件为平台,数值研究了层合复合材料钉载连接强度影响因素和制孔损伤,并对制孔损伤模型进行了试验验证。具体的工作包括:(1)提出了一种“层合块体单元”。一层该单元可包含多个复合材料铺层,并且引入三维Hashin损伤判定准则和基于Camanho改进的自定义刚度退化模型,可以考虑每个铺层的面内独立损伤,以及损伤后单元等效刚度的折减。因为减少了自由度个数和接触的节点数,本单元可在保证满意的计算精度前提下大大降低计算时间成本以及提高收敛效率。该单元在商用软件ABAQUS平台上实现。(2)应用上述层合块体单元模拟了一种复合材料单钉连接的孔口渐进损伤过程,通过与试验数据对比,证明了其可靠性。通过与常规单元分析模型的对比,证明本单元在保证局部足够精度的条件下,可以大大提高计算效率。在此基础上利用该单元研究了失效强度影响因素,研究发现,铺层比例的改变对强度和失效模式有较大影响,宽径比(W/D)和端径比(E/D)的增大能提高强度性能,但增大至一定程度后效果放缓。(3)应用上述层合块体单元,研究了刀具的类型对制孔质量的影响。选取了麻花钻头和金刚石钻头进行对比,结果发现,金刚石钻头在孔口损伤状况、孔口应力分布、刀具应力分布等方面均优于麻花钻头,仅孔口毛刺方面稍多。综合比较认为金刚石钻头比麻花钻头在复合材料制孔时更具优势。
【图文】：

复合材料的应用

图 1.2 碳纤维复合材料需求趋势实际应用中，，为了实现载荷传递，连接结构设计必不可少。以翼的连接、舱段之间的连接以及各种部件与机舱的连接等。飞机使用的连接结构紧固件多达 10000 多个。由于复合材料连究成为了关注点。复合材料连接主要有机械连接、胶接、混合
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33

【参考文献】

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2 沈帆;王钧;蔡浩鹏;;不同铺层复合材料螺栓连接的研究[J];玻璃钢/复合材料;2012年01期

3 王花娟;杨杰;刘新东;刘小建;;几何参数对玻璃纤维织物/环氧层合板螺栓连接强度影响的实验研究[J];玻璃钢/复合材料;2008年01期

4 吴妙生;周祝林;;复合材料在节能和能源开发方面的应用[J];上海建材;2007年05期

5 朱剑;;复合材料及其发展概况[J];科技咨询导报;2007年06期

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本文编号：2570520