C/SiC复合材料具有优异的力学与热物理化学性能,在航空、航天、兵器、核能等领域具有广泛的应用前景。但由于其编织工艺的限制,直接制造复杂精密构件比较困难,因而在实际应用过程中需解决材料的连接问题。接头在连接以及受载过程中产生的应力集中是降低连接接头力学性能的重要原因。因此,研究接头中的应力集中以及接头破坏形式对C/SiC复合材料接头设计具有重要的科学指导意义。 本文采用有限元法计算分析了在线液相渗透连接接头中的残余应力,铆接接头受载时接头中的应力集中与接头破坏形式,并采用实验方法定性检验计算结果的正误,为连接工艺及接头设计提供一定的理论依据。主要研究内容与结果如下: (1)研究了C/SiC复合材料中孔隙率对在线液相渗透连接残余应力的影响。计算结果表明:孔隙率不同,接头中残余应力的分布趋势不受影响。但随着孔隙率增大,接头中残余应力最大值减小,孔隙率达到17%后,孔隙率继续增大,应力值减小趋势趋于平缓。 (2)研究了铆钉孔锥度对受轴向拉载荷铆接接头中应力集中的影响。计算结果表明:锥度控制在2°～10°之间,接头中的应力集中最小。研究发现铆接接头的几何结构参数与接头的破坏形式之间存在一定关系,当几何参数满足这一关系时,铆钉被拉断,否则,铆钉被拔出。 (3)研究了C/SiC复合材料铆接接头受剪载荷时的破坏形式,并在此基础上对接头的结构进行优化设计。计算结果表明:铆接接头尺寸为:连接板(100mm×30mm×3mm),距离边15mm的中心处开φ3.4mm孔,铆钉(φ3.4mm×8mm)时,接头将以铆钉被剪断的方式破坏。当接头受1200N剪载荷时,铆钉半径为2.2mm,连接板厚度为3.0mm,接头质量支出最小。 (4)采用实验方法检验了模拟计算结果的正误。实验结果表明:所建立的计算复合材料连接接头应力和破坏形式的有限元模型是合理的,计算结果也是正确的。