【摘 要】
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随着越来越多复杂的复合材料在现代的航空结构中使用,复合材料零部件的组装问题对结构整体性能的影响也越来越重要。螺栓连接是纤维增强复合材料构件之间常用的连接方式,连接结构在冲击下的性能响应仍然需要详尽的研究。本文研究了单搭接的碳纤维增强复合材料螺栓连接结构的抗冲击性能,冲击的速度从1m/s到4m/s之间,同时与准静态加载下的结果进行对比,分析其失效模式、强度、吸能对于加载速率的敏感性。同时多个设计变量
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随着越来越多复杂的复合材料在现代的航空结构中使用,复合材料零部件的组装问题对结构整体性能的影响也越来越重要。螺栓连接是纤维增强复合材料构件之间常用的连接方式,连接结构在冲击下的性能响应仍然需要详尽的研究。本文研究了单搭接的碳纤维增强复合材料螺栓连接结构的抗冲击性能,冲击的速度从1m/s到4m/s之间,同时与准静态加载下的结果进行对比,分析其失效模式、强度、吸能对于加载速率的敏感性。同时多个设计变量在低速冲击下对连接结构性能的影响也进行了详细的研究,主要研究的设计变量包括螺栓直径、螺栓排布、胶接的使用。为了解螺栓连接在不同加载速度下的失效机理,试验与有限元方法均用于本文的研究,通过有限元对试验中部分现象进行分析。研究结果表明:螺栓的直径对于螺栓连接结构失效模式的影响非常关键,随着螺栓直径的增加连接结构的失效模式从螺栓剪切失效变为复合材料板的孔边挤压失效,同时吸能效果也显著提高。螺栓连接结构在不同的加载速度下载荷-位移曲线的特征有一定的区别,但加载速度未改变整体结构最终的失效模式。对发生螺栓剪切失效的单钉螺栓连接结构增加胶接面可以显著的提高吸能效果以及峰值载荷,但无法改变最终的失效模式。胶接面对于发生挤压失效的螺栓连接结构吸能效果以及峰值载荷提升幅度较小。同时双钉连接结构中,胶接面的增加可以使得发生剪切失效的试验件在冲击下的吸能性能显著提升,失效位移显著提高。同时冲击载荷下双钉试验件的胶接面失效延缓。本文的结果将对复合材料连接结构的设计提供参考。
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