论文部分内容阅读
碳纤维增强复合材料（CFRP）具有优异的材料性能,主要表现为比模量、比强度高,热膨胀系数小,比热容高,耐烧蚀性能好等,在汽车行业也越来越受到关注。目前白车身绝大部分仍为钣金件,CFRP与金属材料之间的连接性能好坏是影响车身结构服役性能优劣的重要因素。本文研究CFRP与铝合金的一种无铆钉铆接方法:将CFRP板件预制孔作为下板,与铝合金上板进行无铆钉铆接。主要研究开孔CFRP板件的拉伸力学性能、接头成形性能以及接头的单向拉伸力学性能。重点分析接头成形损伤、接头失效以及开孔CFRP板件的损伤演化过程。研究开孔CFRP层合板的单向拉伸力学性能及损伤模式。对[0]16、[0/90]4s、[45/-45]4s三种铺层形式的开孔CFRP层合板进行单向拉伸试验,得到三种层合板的载荷位移曲线、应变场以及试件的断裂形式。基于连续介质损伤力学创建三维CFRP正交各向异性材料模型,建立开孔CFRP层合板拉伸有限元模型,仿真模拟单向拉伸过程,将仿真与试验结果进行对比验证模型的准确性。分析三种铺层形式开孔CFRP板件在单拉工况下的渐进损伤过程,包括基体损伤过程,分层损伤过程以及纤维基体剪切损伤过程。研究开孔CFRP与铝合金的无铆钉铆接接头成形及成形损伤。设计铆接模具和对中装置,对8.0mm、8.2mm、8.4mm三种不同开孔直径的CFRP下板与铝合金上板进行铆接试验,对比接头成形质量。通过试验分析下板孔径对颈厚值、自锁值、底部厚度值的影响。建立铆接有限元模型,模拟接头成形过程,验证模型的准确性。利用有限元模型分析接头的成形过程并研究[0/90]3、[45/-45]3以及[45/90/-45/0/90/45]三种铺层形式CFRP板件在接头成形过程中的损伤。研究开孔CFRP与铝合金铆接接头单拉力学性能及接头失效。对8.0mm、8.2mm、8.4mm三种不同开孔直径和[0/90]3、[45/-45]3以及[45/90/-45/0/90/45]三种铺层形式的9种CFRP下板与铝合金上板成形接头进行单拉试验,分析CFRP层合板开孔直径以及铺层形式对接头承载能力和失效形式的影响。接头发生两种失效模式,一种为铝合金上板断裂导致接头颈部断裂,另一种为CFRP板件破坏导致接头剥离失效。建立接头拉伸有限元模型,模拟接头单向拉伸过程,分析CFRP板件在接头颈部断裂和接头剥离失效两种失效模式下的损伤情况。