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《南京航空航天大学》 2006年
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层合板接头损伤失效与疲劳寿命研究

王丹勇  
【摘要】: 复合材料连接接头是复合材料航空结构中的主要部件,在工作过程中,要求能承受一定的静载荷及疲劳载荷,其损伤失效及疲劳寿命是设计人员关心的问题之一。为充分发挥复合材料结构自身的潜力,一种能适合工程需要的损伤失效及疲劳寿命预测方法仍然是一个重要的研究课题,也是工程界迫切需要解决的关键问题之一。 本文针对以上问题,首先以单层板理论为基础,建立了层合板接头静拉伸及疲劳载荷作用下三维逐渐损伤分析的强度和寿命预测方法。其中:基于载荷及时间增量原理,推导了层合板接头静载及疲劳加载累积损伤应力-应变分析的虚功方程,三维应力分析中考虑了材料1-2面及3-1面上剪切应力应变的非线性效应;以单层板疲劳的刚度退化为基础,并结合正则化疲劳寿命预测方法,推导、建立了复合材料疲劳加载过程剩余刚度退化模型及剩余强度退化模型;为了判定结构的损伤与整体失效,引入Hashin三维失效准则进行材料的损伤判定,并提出了以纤维断裂损伤形式控制复合材料结构最终破坏的接头最终失效准则以及考虑材料四种损伤基本类型相互关联作用的突然性能退化方法;研究开发了便于工程应用的界面友好、操作方便的仿真分析软件。 其次,对单向层合板及层合板接头进行了大量的试验研究。其中:分别对材料T300/BMP-316单向层合板纵向、横向及面内剪切静载力学性能及疲劳特性进行了试验研究,并采用最小二乘法拟合得到各主方向正则化疲劳寿命表达式,以及单层板各主方向疲劳加载剩余刚度退化表达式及剩余强度退化表达式;试验同时验证了单向层合板1-2面上明显的剪切应力应变非线性关系。层合板接头的试验研究考虑了多种几何尺寸、多种铺层及不同拧紧力矩对其静强度及疲劳性能的影响,同时使用渗透剂增强的X射线图象技术对静载和疲劳损伤扩展及累积过程进行了无损检测,并对其进行了分析探讨。 最后,对各种类型层合板接头静拉伸及拉-拉疲劳载荷作用下的逐渐损伤扩展与失效规律进行了仿真分析,并与试验结果进行了对比,结果表明:本文建立的静强度及寿命预测方法能够很好地预测层合板接头的强度、寿命以及损伤发生、扩展及最终失效。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:V214

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【引证文献】
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5 王丹勇;温卫东;;有拧紧力矩层合板接头静载损伤失效分析[J];航空动力学报;2008年10期
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【参考文献】
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【共引文献】
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8 邢福君;潘迎春;张国强;温永海;张继超;;直升机复合材料结构连接技术研究与应用[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(下)[C];2006年
9 高峰;矫桂琼;;层间增韧复合材料在准静压痕力下的试验与数值分析[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(下)[C];2006年
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7 丁智勇;纤维沥青及其混合料性能研究[D];长安大学;2009年
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9 冯鹏;新型FRP空心桥面板的设计开发与受力性能研究[D];清华大学;2004年
10 李云璋;黄土地区密肋复合墙结构地基基础静动力共同作用分析[D];西安建筑科技大学;2011年
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1 汪昭君;新型三维编织体结构的开发研究[D];江南大学;2010年
2 梅国栋;混杂纤维混凝土抗裂性能试验研究[D];武汉工业学院;2010年
3 王飞;渐开线齿廓滚压成型半蜂窝波形条的理论研究[D];昆明理工大学;2009年
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9 周昱;复合材料抗层压板抗高速冲击行为模拟研究[D];武汉理工大学;2011年
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【同被引文献】
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1 马毓;赵启林;魏鹏;江克斌;;拉挤成型复合材料螺栓连接接头破坏模式试验研究[A];第十八届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];2010年
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1 赵美英;复合材料机械连接失效分析及强度影响因素研究[D];西北工业大学;2006年
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3 管国阳;湿热环境下复合材料的混合型层间断裂韧性[D];西北工业大学;2001年
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7 付福超;纤维缠绕复合材料结构刚度预测模型与力学分析方法研究[D];南京航空航天大学;2007年
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【二级引证文献】
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1 汪星明;朱庆友;柳泽;;一种复合材料低速冲击性能的简化预计方法[J];玻璃钢/复合材料;2012年04期
2 王丹勇;温卫东;;有拧紧力矩层合板接头静载损伤失效分析[J];航空动力学报;2008年10期
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1 朱红红;复合材料螺栓连接接头失效分析与强度预测[D];郑州大学;2012年
2 雷松叶;纤维增强聚合物复合材料力学性能的预测研究[D];郑州大学;2012年
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4 林鹏程;复合材料螺栓单钉连接性能实验研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
【二级参考文献】
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1 郭伟国;张开达;;碳/环氧典型层合板的疲劳试验和寿命估算[J];西北工业大学学报;1993年01期
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9 陈浩然;白瑞祥;;含低能量冲击损伤复合材料夹层结构的破坏过程研究[A];复合材料:生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年
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3 胡建新;有限元的探索[N];光明日报;2002年
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5 毕鸿章;复合材料在古建筑物修复中发挥作用[N];中国建材报;2008年
6 通讯员 胡伟滨本报记者 由庆祝;哈飞成“大飞机”主制造商之一[N];中国工业报;2008年
7 张立国;第十五届全国复合材料学术会议在哈召开[N];中国建材报;2008年
8 梁钧 编译;欧美通用航空市场复合材料需求旺盛[N];中国建材报;2008年
9 彼昂;将拖车底盘变成玻璃钢复合材料结构[N];中国建材报;2007年
10 王方遒;哈飞集团领军攻关“大飞机”新材料[N];哈尔滨日报;2008年
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1 王丹勇;层合板接头损伤失效与疲劳寿命研究[D];南京航空航天大学;2006年
2 武云鹏;有限元线法求解时域问题的研究[D];清华大学;2004年
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4 王明波;磨料水射流结构特性与破岩机理研究[D];中国石油大学;2007年
5 古远兴;高低周复合载荷下燕尾榫结构微动疲劳寿命研究[D];南京航空航天大学;2007年
6 张明;微动疲劳损伤机理及其防护对策的研究[D];南京航空航天大学;2002年
7 李文飞;直井钻柱安全可靠性分析方法研究[D];中国石油大学;2008年
8 李杰;地震循环载荷下钢结构梁柱焊接节点耗能与损伤行为的研究[D];天津大学;2003年
9 王跃全;飞机复合材料结构修理设计渐进损伤分析[D];南京航空航天大学;2010年
10 荣冠;岩土介质非饱和渗流分析及工程应用研究[D];武汉大学;2005年
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1 王立峰;电站除氧器水箱失效分析与寿命评估[D];武汉大学;2005年
2 白卫卫;钢轨螺栓结构优化设计及疲劳特性研究[D];天津科技大学;2005年
3 徐超;非圆截面导弹复合材料结构分析与优化设计[D];西北工业大学;2005年
4 王小玲;含损伤复合材料层合板疲劳特性研究[D];中国民航大学;2009年
5 张辉;下承式钢管混凝土系杆拱桥吊杆受力分析[D];西安建筑科技大学;2009年
6 于平;平纹编织复合材料螺纹联接及压缩力学性能分析[D];大连理工大学;2006年
7 杨晓宁;含损伤复合材料结构修补技术研究及软件开发[D];西北工业大学;2002年
8 刘永志;温度场的有限元数值模拟及其在塑件和模具冷却分析中的应用[D];郑州大学;2003年
9 凌广;钢筋混凝土的三维非线性有限元分析[D];西南交通大学;2003年
10 吴浩;自适应有限元大坝应力取值研究及小湾拱坝平面稳定分析[D];清华大学;2004年
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