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1、摘要摘 要复合材料可根据原组分材料优点互补特点，因此可设计出综合性能较出色的材料。为满足结构完整性要求，复合材料连接要求能承受一定的静荷载和疲劳荷载。复合材料连接部位较大的应力集中使它成为复合材料结构的重要强度薄弱环节。干涉连接是复合材料接头中非常重要的连接形式。纤维复合材料是人们按照需要创造出来的一类人工结构材料，其主要优点是沿纤维方向具有很高的比强度和比模量，为减轻结构重量提供了很大的潜力。本文重点研究了复合材料干涉连接技术。研究材料为连续碳纤维增强树脂基复合材料：碳/环氧树脂T300/QY8911，以下简称复合材料。首先，本文对复合材料力学性能进行了全面细致的介绍，概括了该领域的国内外研
2、究现状，并在此基础上引出本文的研究宗旨，从数值模拟方面对其做进一步辅助分析。其次，利用ANSYS100软件对平板复合材料接头在单孔铆钉连接拉伸状态下的力学性能进行了有限元分析，在分析过程中采用静态接触算法模拟铆钉与复合材料板的干涉配合过程。通过对ANSYS数值模拟发现复合材料相同角度铺层的力学性能由一定的相似性。对间隙配合下和干涉配合下结构连接处的力学性能进行比较发现：复合材料层合板合适的干涉配合连接下，应力集中得到缓解，结构连接处的强度得到提高。再次，利用ANSYS100软件对平板复合材料接头在单孔铆钉连接下采用不同干涉量、模量比和摩擦系数时的力学性能进行了有限元分析比较。结合研究结果和理论
3、推导表明：当采用合适的干涉量、模量比和摩擦系数时，结构连接处强度得到很好的优化。最后，本文对研究内容作了总结，针对论文中暂未解决的问题对后续工作作了展望。关键词：复合材料；干涉连接；应力集中IIABSTRACTABSTRACTComposite materials can be complementary advantages based on the original characteristics of component materials, so you can design a comprehensive performance more excellent material.To
4、meet the requirements of the structural integrity of the composite material can withstand a certain connection requires a static load and fatigue load.Composite joints greater stress concentration make it an important strength of composite structure weakness.Composite interference connection is a ve
5、ry important connection joints form.Fiber composites is that people need to be created by a class of artificial structural material, its main advantage is high along the fiber direction than strength and specific modulus, to reduce the weight of the structure provides a great potential.This paper fo
6、cuses on the composite interference connection technology. Research material for the continuous carbon fiber reinforced polymer composites: carbon / epoxy T300/QY8911, hereinafter referred to as composite materials.Firstly, the mechanical properties of composite materials, a comprehensive and detail
7、ed description, summarized the current research status in this field, and on this basis leads to the purpose of this study, from the numerical simulation further supporting their analysis.Secondly, the use of composite materials ANSYS10.0 software connector plate connecting rivet hole stretch in the
8、 state of the mechanical properties of the finite element analysis, static contact analysis algorithm used with analog composite rivet interference with the process of plate.ANSYS simulation found by the same angle ply composite mechanical properties by a certain similarity.Cooperation on the space
9、under the structure and interference with the mechanical properties of the junction was compared with that: composite laminates under an appropriate interference fit connection, to ease the stress concentration, structure, improve the strength of the connection. Again, the use of composite materials
10、 ANSYS10.0 software connector plate in the single-hole interference rivet connections under different amount of friction when the modulus ratio and the mechanical properties of the finite element analysis and comparison.Combination of research results and theoretical analysis show that: when the int
11、erference with the right amount of modulus and friction coefficient, the structure strength of the connection is well optimized. Finally, this paper summarized the research for the paper to solve the problem yet made a follow-up prospects.Key Words: Composite materials；Interference connection；Stress
12、 concentration1目录目录第1章 绪论11.1论文研究的背景和意义11.1.1复合材料力学性能概述11.2国内外研究现状31.2.1复合材料干涉配合连接研究现状31.2.2复合材料静载下干涉配合连接研究现状41.3本文研究的主要内容51.3.1论文研究的主要内容51.3.2论文的研究思路51.4本章小结5第2章 复合材料层合板理论62.1三维各向异性材料的应力应变关系62.1.1一般各向异性材料的应力应变关系62.1.2单对称材料的应力应变关系82.1.3正交各向异性材料的应力应变关系92.1.4横向各向同性材料的应力应变关系102.2复合材料层合板力学特性102.2.1复合材料层
13、合板单层板主方向弹性特性102.2.2复合材料单层非材料主方向弹性特性112.2.3复合材料层合板的应变位移关系132.3复合材料层合板强度破坏准则152.3.1最大应力破坏准则152.3.2 Hashin破坏准则162.3.3混合破坏准则17第3章 复合材料干涉连接数值模拟方法193.1 ANSYS软件求解复合材料结构的功能概述193.1.1建立复合材料模型193.2复合材料连接接头应力分析数值模拟223.2.1模型尺寸和铺层的选择223.2.2研究方案综述23第4章 复合材料干涉连接特点304.1复合材料模型的选定304.2干涉连接两个载荷步下复合材料层合板应力分析314.2.1材料主方向
14、最大应力值1对比分析324.2.2垂直材料主方向最大应力值2对比分析344.2.3平行材料主方向最大剪应力值12对比分析354.2.4垂直板面方向最大应力值3对比分析364.3干涉配合连接和间隙配合连接对比374.3.1两种连接方式下1对比分析374.3.2两种连接方式下2对比分析384.3.3两种连接方式下12对比分析394.4干涉配合强化机理40第5章 复合材料干涉连接的影响因素425.1干涉量对干涉连接的影响425.1.1干涉量为0.7%时的应力情况425.1.2干涉量为1.2%时的应力情况435.1.1干涉量为2%时的应力情况445.1.4干涉量对复合材料结构连接的影响455.2模量比
15、对干涉连接的影响475.2.1模型材料的选择475.2.2材料一模型ANSYS分析应力情况485.2.3材料二模型ANSYS分析应力情况495.2.4结果的分析及探讨505.3摩擦系数对干涉连接的影响515.3.1摩擦系数为0.2时的应力情况515.3.2摩擦系数为0.3时的应力情况525.3.3摩擦系数为0.4时的应力情况535.3.4结果的分析及探讨545.4本章小结56第6章 总结576.1论文总结576.2需要进一步研究的问题57致 谢58参考文献59攻读学位期间的研究成果64第1章 绪论第1章 绪论复合材料在材料的组成和结构、物理化学特性以及制造工艺等方面，与金属、工程塑料等传统材料相比有显著的区别，其力学性能也自然独具特色。复合材料由于密度低、热膨胀系数小、高温力学性能优异、抗热震和耐高温烧蚀,被认为是航空航天领域不可替代的热结构材料,已成功用于航天飞机的鼻锥帽、机翼前缘和航空发动机涡轮引擎部件等;此外,因其摩擦系数小,摩擦性能稳定,被用于多种型号飞机、高速列车的刹车盘;因其良好的生物相容性和细胞增殖响应行为,被用作
