復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接

內(nèi)容提要

本書基于作者30多年來在飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接設(shè)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(fù)合材料連接手冊》和《復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》等專著中“連接”章節(jié)的有關(guān)內(nèi)容編寫而成。全書共分為6章，包括復(fù)合材料連接概述、膠接、機(jī)械連接、連接有限元分析、開孔和復(fù)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(jī)械連接設(shè)計與分析的基礎(chǔ)知識，再介紹復(fù)合材料層壓板膠接和機(jī)械連接多種力學(xué)性能試驗方法，反映出最新的連接設(shè)計研究與發(fā)展動態(tài)。 2100433B

先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天中的應(yīng)用日趨廣泛，其連接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)安全性的核心問題之一?！断冗M(jìn)復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)分析方法》基于國內(nèi)外先進(jìn)復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)及作者在該領(lǐng)域的研究成果和經(jīng)驗總結(jié)，結(jié)合理論和實踐系統(tǒng)地闡述了復(fù)合材料的基本概念、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析的理論基礎(chǔ)和有限元分析技術(shù)、先進(jìn)復(fù)合材料機(jī)械連接和膠接連接的基本知識和強(qiáng)度預(yù)測的典型分析方法，以及典型分析方法的應(yīng)用實例和試驗驗證。

《先進(jìn)復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)分析方法》可作為航空、航天專業(yè)、力學(xué)專業(yè)研究生的教科書，也可供飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度專業(yè)的教師和工程技術(shù)人員參考。

陶瓷基復(fù)合材料的連接方法專利目的

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

陶瓷基復(fù)合材料的連接方法技術(shù)方案

《陶瓷基復(fù)合材料的連接方法》解決其技術(shù)問題所釆用的技術(shù)方案是：一種陶瓷基復(fù)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(yù)制體，用平板石墨模具對碳纖維三維預(yù)制體進(jìn)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(fù)合材料制備，用三維C/SiC復(fù)合材料加工鉚釘；

（2）將需要連接的構(gòu)件A與構(gòu)件B組合配鉆加工鉚釘孔，鉚釘孔為沿構(gòu)件A與構(gòu)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(gòu)件AB組裝在一起；

（4）釆用化學(xué)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(jìn)行加工和修整，除掉鉚釘?shù)亩嘤嗖糠?，使鉚釘與構(gòu)件A與構(gòu)件B的外表面平齊；

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

所述的陶瓷基復(fù)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(fù)合材料的連接方法改善效果

截至2004年7月27日，與相關(guān)技術(shù)相比，《陶瓷基復(fù)合材料的連接方法》的有益效果是：由于釆用了粘結(jié)和緊固相結(jié)合的陶瓷基復(fù)合材料連接方法，連接強(qiáng)度和可靠性高，使用溫度不受影響；將陶瓷基復(fù)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(shè)備與連接工藝，同時陶瓷基復(fù)合材料鉚釘?shù)募庸こ杀具h(yuǎn)比陶瓷基復(fù)合材料螺栓低。因此，該發(fā)明工藝簡單，連接成本低；用化學(xué)氣相沉積的方法制備表面涂層，將鉚接部位覆蓋，使構(gòu)件表面光滑過渡。因此，該發(fā)明對連接件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響小且不改變構(gòu)件表面形狀；連接過程全部使用陶瓷基復(fù)合材料制造設(shè)備，在制造設(shè)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(fù)雜薄壁構(gòu)件的連接。

第一篇 先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)

第1章復(fù)合材料基本概念

1.1復(fù)合材料的定義

1.2復(fù)合材料的分類

1.3復(fù)合材料的性能特點

1.4復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能特點

參考文獻(xiàn)

第2章單層板彈性力學(xué)基礎(chǔ)

2.1各向異性體彈性力學(xué)基本方程

2.2平面應(yīng)力與平面應(yīng)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(xiàn)

第3章層壓板彈性力學(xué)基礎(chǔ)

3.1經(jīng)典層壓板理論

3.2層壓板鋪層應(yīng)力分析

3.3典型層壓板剛度特征

參考文獻(xiàn)

第4章強(qiáng)度理論

4.1本位強(qiáng)度

4.2就地強(qiáng)度

4.3復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度特點

4.4強(qiáng)度比

4.5層間強(qiáng)度

4.6典型失效準(zhǔn)則

4.7層間失效準(zhǔn)則

參考文獻(xiàn)

第5章復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有限元分析技術(shù)基礎(chǔ)

5.1復(fù)合材料結(jié)構(gòu)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(guān)知識

5.3材料本構(gòu)參數(shù)設(shè)置

5.3.1二維材料模型本構(gòu)參數(shù)設(shè)置方法

5.3.2三維材料模型本構(gòu)參數(shù)設(shè)置方法

5.4復(fù)雜復(fù)合材料結(jié)構(gòu)載荷、強(qiáng)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(xiàn)

第二篇 先進(jìn)復(fù)合材料機(jī)械連接分析方法

第6章復(fù)合材料機(jī)械連接概論

6.1機(jī)械連接形式及典型失效模式

6.2機(jī)械連接分析的主要內(nèi)容

6.3BOJCAS計劃簡介

參考文獻(xiàn)

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(xiàn)

第8章機(jī)械連接應(yīng)力分析方法

8.1概述

8.2解析法

8.3有限元法

參考文獻(xiàn)

第9章機(jī)械連接靜強(qiáng)度預(yù)測方法

9.1概述

9.2強(qiáng)度包線方法

9.2.1復(fù)合材料應(yīng)力集中減縮系數(shù)及應(yīng)力集中減緩因子

9.2.2經(jīng)典強(qiáng)度包線方法

9.2.3應(yīng)力集中減緩因子修正方法

9.2.4強(qiáng)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(jìn)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(jìn)損傷方法

9.4.1復(fù)合材料機(jī)械連接中漸進(jìn)損傷方法研究現(xiàn)狀

9.4.2漸進(jìn)損傷方法四要素

9.4.3漸進(jìn)損傷方法預(yù)測流程

參考文獻(xiàn)

第10章典型機(jī)械連接分析方法應(yīng)用實例

10.1典型螺栓連接靜強(qiáng)度試驗

10.1.1試驗件

10.1.2試驗過程

10.1.3靜強(qiáng)度試驗結(jié)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(jié)果的比較

10.3螺栓連接的應(yīng)力分析

10.3.1解析法計算孔邊應(yīng)力分布

10.3.2有限元法計算孔邊應(yīng)力分布

10.3.3孔邊應(yīng)力分布曲線

10.3.4緊固件對孔邊應(yīng)力的影響研究

10.4基于強(qiáng)度包線方法的強(qiáng)度預(yù)測

10.4.1經(jīng)典強(qiáng)度包線方法

10.4.2釘載均布修正方法

10.4.3應(yīng)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(qiáng)度預(yù)測

10.5.1經(jīng)典特征曲線方法

10.5.2基于關(guān)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(jìn)損傷方法的強(qiáng)度預(yù)測

10.6.1復(fù)合材料開孔板的漸進(jìn)損傷分析

10.6.2單釘連接漸進(jìn)損傷分析

10.6.3多釘連接漸進(jìn)損傷分析

參考文獻(xiàn)

第三篇先進(jìn)復(fù)合材料膠接連接分析方法

第11章復(fù)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(guān)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(xiàn)

第12章膠接連接應(yīng)力分析方法

12.1理論分析方法

12.1.1復(fù)合材料單搭接膠接接頭應(yīng)力分析方法

12.1.2復(fù)合材料雙搭接膠接接頭應(yīng)力分析方法

12.2有限元分析方法

參考文獻(xiàn)

第13章膠接連接靜強(qiáng)度預(yù)測方法

13.1概述

13.2基于彈塑性力學(xué)的傳統(tǒng)強(qiáng)度預(yù)測方法

13.2.1應(yīng)力/應(yīng)變極值方法

13.2.2等效應(yīng)力方法

13.2.3膠層的失效準(zhǔn)則

13.3基于損傷力學(xué)的方法

13.3.1傳統(tǒng)的損傷力學(xué)分析方法

13.3.2損傷區(qū)域理論

13.3.3漸進(jìn)損傷方法

13.4基于斷裂力學(xué)的方法

13.4.1彈塑性的斷裂力學(xué)預(yù)測方法

13.4.2虛擬裂紋閉合技術(shù)

13.5基于損傷斷裂力學(xué)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(kuò)展準(zhǔn)則

13.5.3基于雙線性本構(gòu)的內(nèi)聚力模型基本參數(shù)

參考文獻(xiàn)

第14章典型膠接連接分析方法應(yīng)用實例

14.1典型復(fù)合材料π膠接接頭靜強(qiáng)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(fù)合材料π膠接接頭的漸進(jìn)損傷模型研究

14.2.1復(fù)合材料π膠接接頭漸進(jìn)損傷模型

14.2.2復(fù)合材料π膠接接頭強(qiáng)度預(yù)測

14.2.3修正最大應(yīng)力準(zhǔn)則的驗證研究

14.3拉伸載荷下復(fù)合材料π膠接接頭的失效機(jī)理及承載/傳載特性

14.3.1失效機(jī)理及破壞過程

14.3.2應(yīng)力分布及傳載路徑

14.4彎曲載荷下復(fù)合材料π膠接接頭的失效

14.5典型復(fù)合材料π膠接接頭結(jié)構(gòu)參數(shù)影響

14.6基于內(nèi)聚力模型的分層擴(kuò)展模擬

14.6.1典型分層擴(kuò)展試驗

14.6.2內(nèi)聚力模型的參數(shù)模型

14.6.3分層擴(kuò)展模擬及參數(shù)模型驗證

參考文獻(xiàn)

附錄A各向同性材料孔邊彈性應(yīng)力集中系數(shù)

A.1各向同性材料受載孔擠壓彈性應(yīng)力集中系數(shù)

A.2各向同性材料開孔拉伸彈性應(yīng)力集中系數(shù)

參考文獻(xiàn)

附錄B緊固件強(qiáng)度校核

B.1螺栓抗拉強(qiáng)度校核

B.2螺栓抗剪強(qiáng)度校核

B.3螺栓擠壓強(qiáng)度校核

B.4拉剪同時作用下螺栓強(qiáng)度校核

B.5螺紋強(qiáng)度校核

參考文獻(xiàn)