复合材料干涉配合连接疲劳寿命估算

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复合材料是一种新型材料,具备较长疲劳寿命及高比刚度和比强度等特性,各组成部分在性能上相互互补,可设计出工业领域中关重部件所需的特殊材料。基于复合材料各向异性和脆性等特殊力学性能,这些材料广泛应用于航天航空等核心领域,且多用于结构的主承力部分。然而,采用复合材料加工的结构紧固件连接处都会产生一定的应力集中,且都在结构的薄弱环节,严重影响结构的疲劳寿命,所以如何增加材料的疲劳强度具有重大意义。本文重点论述干涉配合对复合材料结构疲劳寿命的影响,改善材料性能。研究材料为碳纤维环氧树脂板HTA/6376。  本文分析了国内外干涉配合复合材料结构试验数据与仿真结果,采用Solid works三维建模软件建立干涉配合连接模型,导入ANSYS仿真软件开展研究,主要考虑接触问题、干涉量和预紧力等不同因素对复合材料结构的影响,研究不同干涉下复合板孔边的疲劳特性。  首先,介绍了复合材料干涉配合连接国内外研究现状和力学特性,结合干涉配合强化机理,提出本课题研究对象——复合材料干涉配合。利用有限元分析软件ANSYS对课题对象展开分析,即预紧力、应力集中和干涉量在位移载荷的作用下对干涉配合复合材料结构的影响。研究表明:恰当的干涉量对干涉配合复合材料结构能够产生较小的集中应力和有效的残余应力,对结构起保护作用。  其次,在上述研究基础上研究干涉配合连接在远程动态载荷的作用下,不同干涉量对孔边应力的影响,以及各板厚度方向上孔边切向应力分布。研究表明:不同方向孔边的切向应力分布不同,且有干涉的孔边应力比无干涉的孔边应力分布复杂的多。  最后,研究了在循环载荷作用下,复合板的疲劳危险区域,估算无干涉和有干涉复合板的疲劳寿命。研究表明:干涉配合能够有效的提高复合材料结构的疲劳寿命。
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