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《西安理工大学》 2019年
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CFRP/AL叠层构件干涉连接结构力学行为研究

宋旭峰  
【摘要】:碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)由于其优异的力学性能,被大量使用在民用、军用飞机中。而铝合金在航天器中的使用率一直居高不下,二者叠层构件连接是不可避免的。诸多连接方式中干涉连接可以提高复合材料的连接强度、延长疲劳寿命。基于以上背景,本文针对CFRP/AL叠层构件干涉连接时,连接结构的孔周应力分布展开研究,得到孔周的应力分布模型,为以后分析叠层构件干涉连接结构的连接强度、疲劳寿命奠定基础。首先,针对CFRP层合板干涉连接结构,采用平面弹性问题的复势方法进行孔周应力的分析,建立合理的孔周应力分布模型。通过ABAQUS有限元仿真模拟软件进行建模仿真验证,得到准确的CFRP板干涉连接时的孔周应力分布模型。再通过改变理论模型中螺栓孔径,从而改变连接结构的干涉量值,得到不同干涉量下孔周的应力分布。发现应力分布会随着孔周角度的变化呈现非均匀周期性变化,且应力峰值随着干涉量的增大而增大增大,不同干涉量下应力峰值出现的孔周角度位置是一致的。其次,针对AL板干涉连接结构,同样采用平面弹性问题的复势方法进行干涉配合连接时的孔周应力分布分析,使用ABAQUS有限元仿真模拟软件,建立相对应的有限元模型进行仿真模拟,以验证理论模型的吻合性。得到准确的AL板干涉连接时的孔周应力分布模型。发现在AL板干涉连接过程中孔周径向应力、周向应力在孔周各角度处为恒定值,且无切向应力存在。最后,将CRRP层合板和AL板进行叠层排布,建立叠层构件干涉连接时螺栓与板件孔壁的摩擦力模型以及接触界面摩擦力模型。同时,针对叠层构件接触界面CFRP端的孔周应力进行解析建模。通过ABAQUS仿真模拟软件,建立相对应的有限元模型进行仿真模拟验证,得到准确的叠层构件接触界面处CFRP端孔周应力分布模型。对于不同干涉量下的叠层构件干涉连接,利用有限元技术,对孔周0°~360°范围内叠层构件孔周应力分量进行研究,分析干涉量大小对叠层构件孔壁应力分布的影响。发现叠层构件干涉连接结构接触界面的应力分布相比于CFRP干涉连接结构应力在孔周各角度处有所减小,应力峰值随着干涉量的增大而增大,但应力峰值所出现的角度位置与CFRP干涉连接结构应力峰值角度位置一致。
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TB33;V214

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1 宋旭峰;CFRP/AL叠层构件干涉连接结构力学行为研究[D];西安理工大学;2019年
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