復合材料結構連接

內(nèi)容提要

本書基于作者30多年來在飛機復合材料結構連接設計、分析和試驗方面的研究經(jīng)歷及成果，特別是基于作者主持編寫的《復合材料連接手冊》和《復合材料結構設計手冊》等專著中“連接”章節(jié)的有關內(nèi)容編寫而成。全書共分為6章，包括復合材料連接概述、膠接、機械連接、連接有限元分析、開孔和復合材料元件試驗等，在內(nèi)容編排上由淺入深，先闡述膠接和機械連接設計與分析的基礎知識，再介紹復合材料層壓板膠接和機械連接多種力學性能試驗方法，反映出最新的連接設計研究與發(fā)展動態(tài)。 2100433B

先進復合材料在航空航天中的應用日趨廣泛，其連接結構的強度是結構安全性的核心問題之一。《先進復合材料連接結構分析方法》基于國內(nèi)外先進復合材料連接結構分析基礎及作者在該領域的研究成果和經(jīng)驗總結，結合理論和實踐系統(tǒng)地闡述了復合材料的基本概念、復合材料結構分析的理論基礎和有限元分析技術、先進復合材料機械連接和膠接連接的基本知識和強度預測的典型分析方法，以及典型分析方法的應用實例和試驗驗證。

《先進復合材料連接結構分析方法》可作為航空、航天專業(yè)、力學專業(yè)研究生的教科書，也可供飛機結構設計和強度專業(yè)的教師和工程技術人員參考。

陶瓷基復合材料的連接方法專利目的

《陶瓷基復合材料的連接方法》為了克服專利背景中相關技術粘結降低連接件的可靠性；不適合大型復雜薄壁件的連接以及陶瓷基復合材料螺栓連接加工成本高；對陶瓷基復合材料的結構強度損傷較大；螺栓改變陶瓷基復合材料構件的表面形狀等缺點，該發(fā)明提供一種復合材料的連接方法，這種類似金屬鉚接的陶瓷基復合材料連接方法，將粘結和緊固有機結合，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點。

陶瓷基復合材料的連接方法技術方案

《陶瓷基復合材料的連接方法》解決其技術問題所釆用的技術方案是：一種陶瓷基復合材料的連接方法，采用下述方法步驟：

（1）用碳纖維編制三維預制體，用平板石墨模具對碳纖維三維預制體進行定型，經(jīng)過沉積熱解炭界面層和碳化硅基體，完成三維C/SiC復合材料制備，用三維C/SiC復合材料加工鉚釘；

（2）將需要連接的構件A與構件B組合配鉆加工鉚釘孔，鉚釘孔為沿構件A與構件B的連接面對稱向外的錐孔，錐度為10~20度；

（3）將鉚釘用緊配合的方法與構件AB組裝在一起；

（4）釆用化學氣相滲透的方法在鉚釘孔與鉚釘之間沉積碳化硅；

（5）對鉚接部位進行加工和修整，除掉鉚釘?shù)亩嘤嗖糠?，使鉚釘與構件A與構件B的外表面平齊；

（6）釆用化學氣相沉積的方法在構件A與構件B的外表面制備碳化硅涂層，對鉚接部位進行覆蓋和保護。

所述的陶瓷基復合材料鉚釘為沿纖維軸向夾角0~45度方向加工而成，鉚釘?shù)闹睆綖棣?~6毫米。

陶瓷基復合材料的連接方法改善效果

截至2004年7月27日，與相關技術相比，《陶瓷基復合材料的連接方法》的有益效果是：由于釆用了粘結和緊固相結合的陶瓷基復合材料連接方法，連接強度和可靠性高，使用溫度不受影響；將陶瓷基復合材料的制造過程與連接過程融為一體，不需要增加新的連接設備與連接工藝，同時陶瓷基復合材料鉚釘?shù)募庸こ杀具h比陶瓷基復合材料螺栓低。因此，該發(fā)明工藝簡單，連接成本低；用化學氣相沉積的方法制備表面涂層，將鉚接部位覆蓋，使構件表面光滑過渡。因此，該發(fā)明對連接件的結構強度影響小且不改變構件表面形狀；連接過程全部使用陶瓷基復合材料制造設備，在制造設備許可的范圍內(nèi)鉚接的尺寸不受限制。因此，該發(fā)明對連接件的尺寸和形狀限制小，適用于大型復雜薄壁構件的連接。

第一篇 先進復合材料結構分析基礎

第1章復合材料基本概念

1.1復合材料的定義

1.2復合材料的分類

1.3復合材料的性能特點

1.4復合材料結構的力學性能特點

參考文獻

第2章單層板彈性力學基礎

2.1各向異性體彈性力學基本方程

2.2平面應力與平面應變

2.3單層板的彈性特征

2.4單層板的工程常數(shù)

參考文獻

第3章層壓板彈性力學基礎

3.1經(jīng)典層壓板理論

3.2層壓板鋪層應力分析

3.3典型層壓板剛度特征

參考文獻

第4章強度理論

4.1本位強度

4.2就地強度

4.3復合材料結構強度特點

4.4強度比

4.5層間強度

4.6典型失效準則

4.7層間失效準則

參考文獻

第5章復合材料結構有限元分析技術基礎

5.1復合材料結構基本分析方法

5.2基于ABAQUS軟件的有限元模型基本單元

5.2.1基本單元

5.2.2單元相關知識

5.3材料本構參數(shù)設置

5.3.1二維材料模型本構參數(shù)設置方法

5.3.2三維材料模型本構參數(shù)設置方法

5.4復雜復合材料結構載荷、強度和失效模式綜合顯示方法

5.5基于ABAQUS軟件的二次開發(fā)功能

參考文獻

第二篇 先進復合材料機械連接分析方法

第6章復合材料機械連接概論

6.1機械連接形式及典型失效模式

6.2機械連接分析的主要內(nèi)容

6.3BOJCAS計劃簡介

參考文獻

第7章釘載分配分析方法

7.1概述

7.2釘載分配的剛度法

7.2.1單排釘連接

7.2.2多排單列釘連接

7.2.3規(guī)則的多排多列釘連接

7.3釘載分配計算的有限元方法

7.3.1傳統(tǒng)的二維有限元模型

7.3.2新二維有限元模型

7.3.3三維有限元模型

參考文獻

第8章機械連接應力分析方法

8.1概述

8.2解析法

8.3有限元法

參考文獻

第9章機械連接靜強度預測方法

9.1概述

9.2強度包線方法

9.2.1復合材料應力集中減縮系數(shù)及應力集中減緩因子

9.2.2經(jīng)典強度包線方法

9.2.3應力集中減緩因子修正方法

9.2.4強度系數(shù)修正方法

9.2.5釘載均布修正方法

9.2.6基于旁路載荷影響的修正方法

9.3特征尺寸方法

9.3.1特征尺寸方法研究進展

9.3.2經(jīng)典特征曲線方法

9.3.3特征曲線方法的修正研究

9.4漸進損傷方法

9.4.1復合材料機械連接中漸進損傷方法研究現(xiàn)狀

9.4.2漸進損傷方法四要素

9.4.3漸進損傷方法預測流程

參考文獻

第10章典型機械連接分析方法應用實例

10.1典型螺栓連接靜強度試驗

10.1.1試驗件

10.1.2試驗過程

10.1.3靜強度試驗結果

10.2釘載分配計算

10.2.1直接剛度法計算釘載分配

10.2.2有限元法計算釘載分配

10.2.3直接剛度法與有限元法計算結果的比較

10.3螺栓連接的應力分析

10.3.1解析法計算孔邊應力分布

10.3.2有限元法計算孔邊應力分布

10.3.3孔邊應力分布曲線

10.3.4緊固件對孔邊應力的影響研究

10.4基于強度包線方法的強度預測

10.4.1經(jīng)典強度包線方法

10.4.2釘載均布修正方法

10.4.3應力集中減緩因子修正方法

10.4.4基于旁路載荷影響修正方法

10.5基于特征尺寸方法的強度預測

10.5.1經(jīng)典特征曲線方法

10.5.2基于關鍵層的特征曲線方法

10.5.3三參數(shù)特征曲線方法

10.6基于漸進損傷方法的強度預測

10.6.1復合材料開孔板的漸進損傷分析

10.6.2單釘連接漸進損傷分析

10.6.3多釘連接漸進損傷分析

參考文獻

第三篇先進復合材料膠接連接分析方法

第11章復合材料膠接連接概論

11.1膠接連接的特點、基本形式及典型失效模式

11.2膠接連接分析方法研究現(xiàn)狀

11.2.1國外相關研究計劃

11.2.2平面膠接連接

11.2.3非平面膠接連接

參考文獻

第12章膠接連接應力分析方法

12.1理論分析方法

12.1.1復合材料單搭接膠接接頭應力分析方法

12.1.2復合材料雙搭接膠接接頭應力分析方法

12.2有限元分析方法

參考文獻

第13章膠接連接靜強度預測方法

13.1概述

13.2基于彈塑性力學的傳統(tǒng)強度預測方法

13.2.1應力/應變極值方法

13.2.2等效應力方法

13.2.3膠層的失效準則

13.3基于損傷力學的方法

13.3.1傳統(tǒng)的損傷力學分析方法

13.3.2損傷區(qū)域理論

13.3.3漸進損傷方法

13.4基于斷裂力學的方法

13.4.1彈塑性的斷裂力學預測方法

13.4.2虛擬裂紋閉合技術

13.5基于損傷斷裂力學的方法

13.5.1內(nèi)聚力模型

13.5.2內(nèi)聚力模型的分層萌生及分層擴展準則

13.5.3基于雙線性本構的內(nèi)聚力模型基本參數(shù)

參考文獻

第14章典型膠接連接分析方法應用實例

14.1典型復合材料π膠接接頭靜強度試驗

14.1.1試驗件

14.1.2拉伸試驗

14.1.3彎曲試驗

14.2拉伸載荷下復合材料π膠接接頭的漸進損傷模型研究

14.2.1復合材料π膠接接頭漸進損傷模型

14.2.2復合材料π膠接接頭強度預測

14.2.3修正最大應力準則的驗證研究

14.3拉伸載荷下復合材料π膠接接頭的失效機理及承載/傳載特性

14.3.1失效機理及破壞過程

14.3.2應力分布及傳載路徑

14.4彎曲載荷下復合材料π膠接接頭的失效

14.5典型復合材料π膠接接頭結構參數(shù)影響

14.6基于內(nèi)聚力模型的分層擴展模擬

14.6.1典型分層擴展試驗

14.6.2內(nèi)聚力模型的參數(shù)模型

14.6.3分層擴展模擬及參數(shù)模型驗證

參考文獻

附錄A各向同性材料孔邊彈性應力集中系數(shù)

A.1各向同性材料受載孔擠壓彈性應力集中系數(shù)

A.2各向同性材料開孔拉伸彈性應力集中系數(shù)

參考文獻

附錄B緊固件強度校核

B.1螺栓抗拉強度校核

B.2螺栓抗剪強度校核

B.3螺栓擠壓強度校核

B.4拉剪同時作用下螺栓強度校核

B.5螺紋強度校核

參考文獻