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胶-螺混合连接结构的传力分析

机械强度 2017年第3期39卷 668-673页

作者：陈向明柴亚南袁菲于飞曹素中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室西安710065 西北工业大学航空学院西安710072

建立了胶-螺混合连接结构的有限元模型,并进行了传力分析研究。利用粘聚区模型模拟胶层的失效过程,并考虑了金属结构的塑性变形。同时,通过胶接、机械连接及胶-螺混合连接三种形式分别进行了方法的验证,试验结果和模拟结果吻合较好,证... 详细信息

建立了胶-螺混合连接结构的有限元模型,并进行了传力分析研究。利用粘聚区模型模拟胶层的失效过程,并考虑了金属结构的塑性变形。同时,通过胶接、机械连接及胶-螺混合连接三种形式分别进行了方法的验证,试验结果和模拟结果吻合较好,证明了所采用的胶-螺混合连接分析方法的有效性。另外,分别建立了单钉和双钉胶-螺混合连接结构模型,分析发现相对于胶接结构,单钉混合连接结构的承载能力并不会有明显提高。同时发现两钉胶-螺混合连接中两螺栓外侧的胶层由于较大的面外力会很快发生破坏,而两螺栓内侧的胶层由于螺栓的法向作用使得其只受纯剪切力,从而提高了该区域胶层的承载能力。鉴于此对混合连接构型进行了改进设计,很好地提高了连接强度。

关键词：胶-螺混合连接内聚力模型数值模拟传力分析

复合材料双钉胶-螺混合连接结构参数对失效载荷的影响

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复合材料科学与工程 2021年第4期 18-27页

作者：郑艳萍李明坤熊勇坚张超禹郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

在试验验证仿真模型可行性的基础上,通过数值模拟的方法探究了复合材料的铺层顺序,混合连接结构的宽径比、端径比、孔径比等参数对钛合金-复合材料双钉胶-螺混合连接结构承载能力的影响。研究结果表明:在常用的铺层顺序中,铺层顺序为[45... 详细信息

在试验验证仿真模型可行性的基础上,通过数值模拟的方法探究了复合材料的铺层顺序,混合连接结构的宽径比、端径比、孔径比等参数对钛合金-复合材料双钉胶-螺混合连接结构承载能力的影响。研究结果表明:在常用的铺层顺序中,铺层顺序为[45°/0°/-45°/90°]_(3s)时,混合连接结构的承载能力最好;增加宽径比,连接结构的失效载荷会逐渐上升,但是连接强度却逐渐下降;在一定范围内,适当增加端径比或孔径比可以提高连接结构的承载能力,当超过这个范围时,连接结构的承载能力会下降。

关键词：碳纤维复合材料胶-螺混合连接复合材料铺层顺序端径比宽径比孔径比

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复合材料双钉胶-螺混合连接强度与损伤研究

复合材料双钉胶-螺混合连接强度与损伤研究

作者：熊勇坚郑州大学

学位级别：硕士

凭借优良的性能,碳纤维复合材料被广泛应用于航空航天等领域。随着航空器结构整体化设计的发展,零件和紧固件的数量大大减少,新的复合材料连接结构及更大型的连接元件亟待研究。在复合材料连接中,合理的胶-螺混合连接可以兼顾胶接和螺... 详细信息

凭借优良的性能,碳纤维复合材料被广泛应用于航空航天等领域。随着航空器结构整体化设计的发展,零件和紧固件的数量大大减少,新的复合材料连接结构及更大型的连接元件亟待研究。在复合材料连接中,合理的胶-螺混合连接可以兼顾胶接和螺栓连接的优点,既能提高结构的抗剥离能力,又能降低孔边应力集中,是当前复合材料连接结构的研究热点之一。本文针对复合材料单钉胶-螺混合连接结构中存在的端部翘曲严重以及承载能力低等问题,对钛合金-复合材料双钉胶-螺混合连接结构进行了研究。并在数值分析与实验验证的基础上,对该混合连接结构中参数对失效载荷的影响与损伤扩展情况进行了分析,为该连接结构在工程上的应用提供一定的理论参考。研究内容如下:首先,基于Hashin失效准则、材料性能退化准则对复合材料失效形式进行判定,以二次名义应力准则对胶层失效进行判定。通过有限元分析软件建立了钛合金-复合材料双钉胶-螺混合连接结构仿真模型并进行了分析,数值模拟与试验结果的一致验证了该钛合金-复合材料双钉胶-螺混合连接结构有限元模型的可行性。其次,分别研究了复合材料的铺层顺序、混合连接结构的宽径比、端径比、孔径比等参数对钛合金-复合材料双钉胶-螺混合连接结构承载能力的影响。研究结果表明:铺层顺序为[45°/0°/-45°/90°]时,混合连接结构的承载能力最好;增加宽径比连接结构的失效载荷会逐渐上升,但是连接强度却逐渐下降;在一定范围内,适当增加端径比或孔径比可以提高连接结构的承载能力,当超过这个范围连接结构的承载能力会下降。最后,通过拉丁超立方法创建代理模型,对混合连接结构进行多参数优化设计,优化结果显示在同时考虑多个混合连接结构参数的情况下,混合连接结构在宽度为28 mm,端距为8.5 mm,孔距为22.5 mm时失效载荷最大。且多参数优化结果明显优于单参数优化结果。

关键词：钛合金-复合材料胶-螺混合连接失效载荷代理模型多参数优化设计

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复合材料胶-螺混合连接强度分析与损伤研究

复合材料胶-螺混合连接强度分析与损伤研究

作者：杨本宁郑州大学

学位级别：硕士

碳纤维复合材料凭借其优异的性能被广泛应用于航空航天等领域的连接结构设计中。合理的胶-螺混合连接可以兼顾胶接和螺栓连接的优点,既延缓了胶层中损伤的扩展,也极大地缓解了孔边应力集中带来的不利影响,是目前复合材料连接结构的研究... 详细信息

碳纤维复合材料凭借其优异的性能被广泛应用于航空航天等领域的连接结构设计中。合理的胶-螺混合连接可以兼顾胶接和螺栓连接的优点,既延缓了胶层中损伤的扩展,也极大地缓解了孔边应力集中带来的不利影响,是目前复合材料连接结构的研究热点之一。本文在数值模拟和试验验证的基础上,对钛合金与碳纤维复合材料胶-螺混合连接结构的连接强度与损伤扩展过程进行了研究,重点研究了复合材料层合板铺层顺序等接头参数对连接结构强度的影响,并对具有优化参数样本的渐进损伤过程进行了可视化模拟,从而为复合材料胶-螺混合连接结构的工程应用提供理论参考。主要研究内容如下:首先,以改进的Tserpes失效准则、材料性能退化准则对复合材料失效现象进行判定,以Von Mises屈服准则对胶层失效现象进行判定,并与有限元软件中的APDL参数化语言相结合,对钛合金与碳纤维复合材料胶-螺混合连接结构进行仿真建模和有限元分析,并通过试验验证了仿真模型的可行性。其次,探究了铺层顺序、端径比、宽径比、胶层厚度等接头参数对复合材料胶-螺混合连接结构静拉伸强度的影响,通过最终失效载荷、位移和损伤失效形式等参数来衡量连接结构的承载能力。结果表明:铺层顺序为[45/0/-45/90]时,连接结构的承载能力最好;在一定范围内增加端径比和宽径比均可提升连接结构的刚度,提升承载能力;胶-螺混合连接结构的强度明显高于螺栓连接,而胶层厚度的增加则会降低连接结构的刚度,但对承载能力的提升不明显。最后,基于材料退化准则,对具有优化参数样本的复合材料胶-螺混合连接结构的渐进损伤过程进行了可视化模拟。结果表明:复合材料层合板的初始基体损伤出现在钉孔受挤压载荷作用处,且随着载荷的增加,45°、-45°、90°铺层的损伤呈现出以基体损伤为主的混合型损伤形式,并按相应铺层的角度扩展到板宽边缘;0°铺层的损伤沿钉孔135°方向以纤维断裂的失效形式扩展至板宽边缘,直至该连接结构最终失效。

关键词：碳纤维复合材料胶-螺混合连接失效强度优化参数渐进损伤

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胶-螺混合连接结构的传力分析

结构强度研究 2015年第4期 1-6页

作者：陈向明柴亚南袁菲于飞曹素中航工业飞机强度研究所一室西安

采用胶-螺混合连接的目的一般是出于破损安全的考虑，得到比只有机械连接或胶接更好的连接安全性和完整性，但由于两者的连接刚度相差悬殊，通常只有胶接结构发生失效后机械连接结构才开始承力。针对该问题，开展了铝合金连接板、钛合... 详细信息

采用胶-螺混合连接的目的一般是出于破损安全的考虑，得到比只有机械连接或胶接更好的连接安全性和完整性，但由于两者的连接刚度相差悬殊，通常只有胶接结构发生失效后机械连接结构才开始承力。针对该问题，开展了铝合金连接板、钛合金螺栓的胶-螺混合连接结构的传力分析研究。利用粘聚区模型模拟胶层的失效过程，并考虑了金属结构的塑性变形。同时，通过胶接、机械连接及胶-螺混合连接三种形式分别进行了方法验证，试验结果和模拟结果吻合较好，证明了所采用的胶-螺混合连接分析方法的有效性。另外，分别建立了单钉和双钉胶-螺混合连接结构模型，分析发现相对于胶接结构，单钉混合连接结构的承载能力并不会有明显提高。同时发现两钉胶-螺混合连接中两螺栓外侧的胶层由于较大的面外力会很快发生破坏，而两螺栓内侧的胶层由于螺栓的法向作用使得其只受纯剪切力，从而提高了该区域胶层的承载能力。鉴于此对混合连接构型进行了优化，很好地提高了连接强度。

关键词：胶-螺混合连接内聚力模型数值模拟传力分析构型优化

国产MT700碳纤维复合材料螺栓连接强度实验研究

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玻璃钢／复合材料 2016年第10期 75-79页

作者：李桂洋李健芳张娅婷黄智彬孙宏杰郭鸿俊航天材料及工艺研究所北京100076

对国产MT700与进口T700S碳纤维复合材料单螺栓连接结构的静拉伸强度进行实验研究,分析了两种材料的载荷-位移曲线特征、连接强度特性及破坏形式。实验结果表明:国产MT700/603层合板连接部位的承载能力及结构稳定性均优于进口T700S/603... 详细信息

对国产MT700与进口T700S碳纤维复合材料单螺栓连接结构的静拉伸强度进行实验研究,分析了两种材料的载荷-位移曲线特征、连接强度特性及破坏形式。实验结果表明:国产MT700/603层合板连接部位的承载能力及结构稳定性均优于进口T700S/603层合板,M5及M6单螺栓连接破坏强度分别提高了12%和10%;另外,国产MT700/603层合板胶-螺混合连接有效提高了整体连接强度和安全设计裕度,胶层破坏后,M5与M6单螺栓胶-螺混合连接剩余强度系数分别达到65%和88%。

关键词： MT700碳纤维复合材料螺栓连接胶-螺混合连接

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复合材料悬架控制臂结构轻量化设计

复合材料悬架控制臂结构轻量化设计

作者：杨绍勇湖南大学

学位级别：硕士

悬架控制臂轻量化设计是汽车底盘的重要研究内容,复合材料凭借其优异的材料性能,将其应用于控制臂轻量化设计具有很大的研究意义。本文分别从复合材料控制臂几何结构设计、铺层优化设计以及胶-螺连接结构设计等方面开展了较为系统的研究... 详细信息

悬架控制臂轻量化设计是汽车底盘的重要研究内容,复合材料凭借其优异的材料性能,将其应用于控制臂轻量化设计具有很大的研究意义。本文分别从复合材料控制臂几何结构设计、铺层优化设计以及胶-螺连接结构设计等方面开展了较为系统的研究,为复合材料结构优化设计方法与理论的发展提供了参考。首先,以钢质悬架控制臂为参考,运用多体动力学分析其在几种行驶工况下的载荷情况,作为有限元分析的边界条件,而后分析其刚度、强度以及固有频率等性能指标,作为后文的参考依据。接着,通过研究分析复合材料结构在成形工艺、结构开孔以及连接结构等方面的设计要求,结合控制臂主体部分和连接部位的结构特点,以钢质控制臂结构为基础,完成复合材料控制臂的几何结构设计,并确定了复合材料-钢质材料混合结构的连接部位结构设计方案。然后,基于铺层设计特征,提出了一种考虑铺层设计过程中铺层厚度、铺层角度以及铺层设计要求各环节序列关系的复合材料结构优化设计方法与流程。第一步采用准各向同性铺层,完成铺层厚度的设计,满足基本性能指标要求;第二步采用遗传算法对铺层角度进行优化设计,提高性能指标水平;第三步基于铺层设计原则,筛选所得Pareto解集,完成铺层设计;最终,验证所提出方法的有效性以及轻量化的效果。最后,基于对复合材料胶-螺混合连接结构中胶层与螺栓承担载荷的研究,建立胶-螺混合连接结构的有限元模型,并对比已有研究成果验证模型。依据连接结构承载力的主要影响因素,结合复合材料控制臂的结构特点,完成其连接结构的设计、分析与验证。结果表明,所设计的复合材料控制臂结构具有更好的结构性能,连接结构满足设计要求,并且实现减重29.23%,轻量化效果明显。

关键词：复合材料悬架控制臂铺层设计特征工艺可行性多目标优化胶-螺混合连接