制孔垂直度偏差对复合材料螺栓连接强度的影响规律研究

螺栓连接是飞机复合材料零件连接的主要方式,已有研究主要考虑复合材料细观结构、失效准则、接触属性和螺栓螺纹细节等方面,对于复合材料制孔中制孔垂直度偏差缺乏相应的研究。本文依据ASTM标准建立有限元仿真模型,研究制孔垂直度对连接强度的影响规律,并通过单向拉伸实验进行了对比验证。结果表明,复合材料制孔垂直度偏差会对螺栓连接强度产生影响。     

环氧基碳纤维增强复合材料的涂装研究

环氧基碳纤维复合材料具有强度高、耐热性好、抗腐蚀性强、质量轻等良好的物理和化学性能,目前,环氧基碳纤维复合材料已经在车辆制造业、体育休闲、风力发电、交通运输、国防航空等领域飞速发展。本文通过对环氧基碳纤维复合材料的涂装及性能影响因素研究,分析涂料和涂层界面对环氧基碳纤维复合材料性能的影响,探讨环氧基碳纤维复合材料今后的应用方向,为环氧基碳纤维复合材料的涂装研究提供参考。     

热压烧结工艺以及碳纤维含量对C/SiC复合材料性能的影响

以SiC粉、碳纤维为原料,采用热压烧结工艺制备了C/SiC复合材料,结合正交试验和单因素试验研究了烧结压力、烧结温度和碳纤维含量对复合材料体积密度与抗弯强度的影响。结果表明：碳纤维含量对C/SiC复合材料体积密度的影响最大,烧结温度次之,烧结压力最小;烧结温度对抗弯强度的影响最大,碳纤维含量次之,烧结压力最小;当烧结压力为25 MPa、碳纤维体积分数为30%、烧结温度为2 100℃时,复合材料的综合性能最优,其体积密度为2.30 g·cm^-3,抗弯强度为80.50 MPa。烧结工艺与碳纤维含量的变化通过影响SiC的烧结程度及碳纤维与SiC基体的界面结合强度来影响复合材料的性能。     

复合材料螺栓连接结构力学性能研究进展

复合材料螺接结构具有可靠性高和强度高等特点,在现代飞机结构中被广泛应用。通过总结复合材料螺接结构的研究进展,从失效形式、钉载分配预测方法、失效预测方法以及强度影响因素(铺层方式及拧紧力矩)等方面进行阐述,得出了如下结论:在钉载分配预测方法中,有限元法能够最真实地模拟复合材料螺栓连接结构,预测结果精度较高;在失效预测方法中,渐进损伤法在预测螺接失效行为上表现更好,可以清楚了解材料损伤情况。最后展望了未来复合材料螺栓连接性能的研究方向,可为复合材料螺接结构在航空航天领域的应用提供参考。     

钉/孔摩擦对复合材料机械连接强度的影响研究

建立了复合材料层合板单钉连接强度分析的三维模型,模型考虑了螺栓-孔接触面的摩擦效应。研究结果表明,在各个铺层中,随着摩擦系数的增大,周向应力和径向应力减小。螺栓-孔接触面摩擦系数对复合材料的拉压强度和剪切强度有较大影响,在一定范围内增加摩擦系数将会提高接头的极限破坏载荷。     

碳纤维复合材料假脚冲击与压缩强度试验*

碳纤维复合材料已成功应用于假肢领域产品的开发,然而其对冲击载荷比较敏感,受冲击后其强度将会大幅下降。针对一种新型碳纤维复合材料假脚,开展自由落体冲击试验及冲击后压缩强度试验,分析不同铺层参数、不同冲击吸收能量等因素对其冲击损伤及剩余强度的影响规律。结果表明,对于碳纤维复合材料假脚的U形结构件,不同铺层参数对其冲击损伤影响显著,且随着0°铺层含量的增加,试件的冲击损伤面积越来越小,外观损伤越来越轻;随着冲击吸收能量的增加,碳纤维结构件的冲击损伤面积明显增大,剩余压缩强度逐渐降低。对于碳纤维复合材料假脚结构件,在0~16 J的低能冲击范围内,冲击吸收能量与其剩余压缩强度近似呈线性关系。随着0°铺层含量的增加,碳纤维复合材料结构件的剩余压缩强度逐渐提高。     

设计可靠螺栓连接的几点考虑

在单个螺栓上施加扭转力矩,大约有75个因素影响其上所产生的拉力。拧紧一组螺栓时,有更多的变量开始起作用。幸好,多年积累的经验已为解决这些不定因素并仍产生可靠连接提供了一些途径。连接强度一个可靠的连接在工作环境中必须既坚固又稳定。它应防止零件滑脱、分离、摇晃、位移和磨损。螺栓连接副必须弹性弯曲,并有足够的刚性来保证结构的整体性。刚性连接靠规定足够数量的螺栓、适中的螺栓直径、足够强度的螺栓与连接的材料以及坚固的连接构件来     

齿板啮合连接强度影响因素研究

对铝合金齿板啮合连接强度及影响因素进行了实验研究与有限元分析。研究结果表明：当齿数较少时,齿板啮合连接强度随着齿数的增多而近似线性增大,当齿数较多时,随着齿数增加,齿板啮合连接强度增大趋势渐缓;齿板啮合连接强度随着齿高或齿宽的增大而近似线性增大,同时,随着螺栓预紧力的增大,齿板啮合连接强度呈现先增大后减小的趋势,因此,实际工程中需选择合适的螺栓预紧力,以提高结构连接强度。     

复合材料螺栓连接失效分析

复合材料螺栓连接的孔边应力分布和其失效模式的关系一直是机械连接强度分析中十分重要的问题,不同的失效模式区域所受的应力是不同的。首先采用了适当的孔边应力函数获得了失效区域孔边径向正应力、切向正应力和剪切应力的分布,分析了不同失效模式(挤压失效、剪切失效和拉伸失效)和其所受应力的关系。随后基于螺栓连接的三维实体有限元模型,将有限元分析的结果和解析法得出的结论进行了比较,发现的解析法计算的结果和有限元结果吻合良好,验证了复合材料螺栓连接的不同失效模式和其所受应力的关系。这表明复合材料螺栓连接不同的失效模式是由不同的应力所导致的。     

钢轨接头螺栓的疲劳失效影响因素分析

钢轨接头螺栓的疲劳失效会使铁路运输的可靠性、安全性下降,是阻碍高速铁路发展的重要因素.导致螺栓的疲劳失效有很多因素,现利用有限元分析软件ANSYS的接触分析方法,研究钢轨接头螺栓疲劳失效的影响因素.分析得知,螺纹根部的应力会随着螺纹根部圆角半径的增大而减小,选择适当的预紧扭矩可明显提高螺纹的连接强度,这为提高钢轨接头螺栓连接强度的研究奠定了理论基础.     

高温环境复合材料螺栓连接振动的防松试验

具有耐高温、轻质、高强等特点的复合材料及其连接结构可满足航空航天领域的迫切需求,已广泛应用于工程中。为比较高温振动环境下不同复合材料螺栓连接形式的防松效果,进行了常/高温条件复合材料搭接板的随机振动试验研究。以搭接结构固有频率为评判量,通过对比试件承受振动载荷作用前后的固有频率变化,研究了常/高温环境下高温胶、双螺母防松形式,以及沉头螺栓张角等因素在给定随机振动载荷下对搭接结构连接刚度的影响。研究结果表明:常温随机振动条件下双螺母防松、60°沉头螺栓的防松性能更好;高温环境下,高温胶防松、30°沉头螺栓连接形式性能较优。     

大型钢结构中高强度螺栓连接的布局分析及设计

阐述高强度螺栓的材料性能及工作机理,分析了高强度螺栓连接的布局设计中高强度螺栓连接的相关技术参数,确定了高强度螺栓布局的主要距离及螺栓长度的计算公式,使高强度螺栓连接所能产生的强度与钢板母材的屈服极限强度相当,即能保证高强度螺栓连接结构与母材的强度匹配,又能保证螺栓连接质量和精度,使高强度螺栓连接的结构设计更为合理,经实际运行稳定可靠,为钢结构高强度螺栓连接的布局及设计提供了切实可行的方法.     

碳/碳编织复合材料连接结构的拉脱性能分析

对碳/碳(C/C)编织复合材料沉头螺栓与凸头螺栓连接结构在面外载荷下的拉脱强度进行试验和数值研究。测试不同螺栓形式及沉头角度的C/C编织复合材料螺栓连接结构在面外载荷下的失效模式和拉脱性能。结果显示,螺栓形式对结构的拉脱性能有显著的影响,凸头螺栓的载荷位移曲线有明显的线性阶段,接近于脆性失效,沉头螺栓的载荷位移曲线为非线性,表现为双峰值,其更接近于塑性失效。采用ABAQUS建立了基于Hashin失效准则的连接结构非线性接触模型,有效预报了C/C编织复合材料连接结构的失效模式及载荷-位移曲线。得到C/C编织复合材料连接结构渐近损伤过程及失效机理,给出连接参数(螺栓形式、沉头角度和约束面积)对拉脱失效的影响机制。随着沉头螺栓角度的增加,结构的拉脱失效载荷先增加,后降低,在110°附近达到极值,约束区域尺寸变化导致凸头螺栓的失效模式由剪切失效转变为弯曲失效。     

碳纤维增强酚醛树脂/石墨复合材料双极板的性能

研究了碳纤维表面处理方法及其含量对碳纤维增强酚醛树脂／石墨复合材料导电性能与力学性能的影响。结果表明：空气氧化处理碳纤维表面形成微孔和刻蚀沟槽,容易形成应力集中,复合材料的强度不高;空气加液相氧化处理填充了碳纤维表面的微裂纹,对复合材料有一定的补强作用;液相氧化处理有利于提高碳纤维表面活性以及碳纤维的均匀分散性,使材料表现出较好的力学性能与导电性能;随碳纤维含量增多,材料电导率变小,材料强度开始增大,达到最大值后材料强度下降。对碳纤维进行液相氧化处理,碳纤维含量在3％～4％时复合材料的力学性能与导电性能最好。     

风电机组轮毂螺栓连接建模与接触强度分析

高强度螺栓是大型风电机组中重要的连接件。针对其接触强度分析,以某MW级风电机组中轮毂法兰与变桨轴承及主轴法兰螺栓连接为研究对象,基于VDI2230螺栓连接设计准则,首先建立了螺栓螺旋副接触刚度数学模型,提出采用等效梁模拟螺栓连接,并对轮毂螺栓连接进行有限元建模。在预紧力作用和极限工况下,分别对轮毂螺栓连接的接触强度进行了计算。结果表明,等效梁可准确模拟螺旋副接触力的传递;且在极限工况下,轮毂螺栓连接不会发生屈服破坏。提出的螺栓连接模型为螺栓接触强度分析提供了一种较为高效、准确的建模方法。     

碳纤维/玻璃纤维/石墨协同改性PTFE复合材料力学性能

通过机械混合、冷压和烧结成型制备了碳纤维、玻璃纤维和石墨填充协同改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料。对比分析了不同样品的拉伸、冲击和压缩等力学性能。结果表明:玻纤和碳纤维使复合材料冲击强度下降;玻纤使复合材料拉伸强度下降,碳纤维则使复合材料拉伸强度稍有增强;玻纤和碳纤维均使复合材料压缩强度增加,但碳纤维的增强效果更为明显;石墨、玻纤和碳纤维协同增强PTFE复合材料的拉伸强度较高,弹性模量较大,断裂伸长率较高,抗压缩性能明显提高,且材料拉伸时呈塑性断裂,是综合力学性能较好的高性能润滑密封材料。     

碳纤维复合材料的钻削研究进展

碳纤维复合材料(CFRP)的高比强度、比硬度、耐高温、耐化学腐蚀等一些优良特性,使这种新型复合材料在航天、航空、船舶、建筑等领域的应用不断扩大,在CFRP的加工中,孔加工最为常见(约占60%)。本文主要对国内外一些碳纤维复合材料的钻孔加工实验理论研究进行总结,着重分析各因素对钻孔质量及刀具磨损的影响规律,展望了CFRP钻削加工的发展方向。     

基于深度学习的复合材料螺栓连接失效预测

针对复合材料螺栓连接失效强度分析与预测问题，利用深度学习神经网络强大的非线性映射能力，将不同参数对复合材料螺栓连接失效载荷的影响进行非线性拟合，并分配各参数的影响权重；通过有限的训练样本构建预测模型，来预测复合材料螺栓连接的失效峰值载荷。使用有限元软件计算得到层合板螺栓连接失效峰值载荷的数据组，以此来构建深度学习神经网络。通过测试确定当隐藏层数量为两层时深度学习模型开发效果最佳，以预测值与有限元仿真值之间的均方误差作为损失函数、学习速率取0.01,当均方误差最小时停止训练，此时得到最佳深度学习预测模型；利用该模型预测得到所有失效峰值载荷预测结果中的最大值以及对应的参数组合，并与同样参数的仿真结果进行对比，两者相差1.4%;相比有限元仿真和拟合经验公式的预测方法，深度学习预测方法具有明显的时间效率优势。     

复合材料层压板机械连接失效分析

以Tsai-Wu失效准则为损伤判据，Hashin分类准则为损伤类型判据，采用有限元软件及逐步失效处理方法，建立起层压板损伤发生、扩展过程仿真模型。针对复合材料层压板螺栓连接，采用刚度比率退化法，进行损伤处理及破坏过程数值模拟，求得层压板螺栓连接结构首层失效强度及最终失效强度。试验结果和分析计算一致，证实了该理论模型的有效性。     

夹持力对填充孔复合材料层合板层间应力的影响分析

提出了采用螺栓填充孔形式研究复合材料层合板连接接头孔边层间应力分布规律,并建立了含零厚度界面胶层的三维有限元模型对受面内拉伸载荷的层合板孔边层间应力进行求解。结果表明:层间正应力沿孔分布主要受螺栓夹持力影响,相同夹持力下,不同界面层的层间正应力集中在同一范围内波动;层间剪切应力既受到螺栓夹持力影响又与界面层的类型有关系,如[-45/90]和[0/-45]界面层层间剪切应力整体取值大于其他界面层;螺栓夹持力引起的层间正应力主要为压应力,对层间强度有益,但同时产生的层间剪切应力不利于层间强度的提高,因此存在合适的螺栓夹持力使复合材料接头具有良好的孔边层间强度。