碳纤维复合材料低温下螺栓连接疲劳研究

本文主要围绕碳纤维复合材料(CFRP)与2024Al的连接件,研究低温环境下螺栓连接的拉-拉疲劳问题。首先进行不同环境下的拉伸实验,从中获得最大静力载荷,并通过静载破坏曲线探究不同温度下异质材料连接层合板接头的损伤过程,通过观察不同温度下的拉伸破坏现象,对比复合材料层合板纤维分层与撕裂程度,以此为依据研究低温环境对异质材料螺栓连接疲劳的影响,选用不同温度分组的层合板接头分别在各自85%、80%、75%的最大静载条件下进行常温与低温疲劳实验,实验结果拟合常温与低温下的S-N曲线。结果表明,在其他实验条件相同时,低温环境下层合板接头拉伸破坏强度相比于常温环境增强。分析疲劳曲线得出低温环境下层合板接头受疲劳载荷能力更强。     

高应力水平下T700/MTM46复合材料层合板拉-拉疲劳性能研究

本文研究了T700/MTM46复合材料层合板在高应力水平下的拉-拉疲劳性能。首先开展了层合板静拉伸试验研究,得到了静拉伸强度、模量和破坏应变,各项静力性能指标分散性小,静力破坏模式以小范围内的脆性断裂为主。然后根据得到的静强度确定疲劳应力水平,开展层合板拉-拉疲劳性能试验研究,各应力水平下疲劳寿命分散性大,且并没有随应力水平高低表现出规律性;疲劳破坏模式以分层失效为主,几乎整个工作段长度内都出现了严重的分层现象;疲劳应力水平越高,破坏时刚度下降程度越小,且归一化刚度退化曲线表现出"快-慢-快"三阶段性;疲劳过程中损伤起源于90°层,且在疲劳过程中该层内的损伤扩展最为严重,0°层的损伤出现最晚,但是0°层纤维断裂预示着即将发生灾难性的疲劳破坏。     

T700/LT-03A层合板在不同环境下的拉伸性能研究

在室温、低温和湿热三种环境下,对碳纤维层合板分别开展了静力和拉-拉疲劳试验。得到了T700/LT-03A层合板的拉伸性能和破坏机理。在抗拉强度和抗疲劳性能方面,室温环境优于其它两种环境。试验和模拟结果表明:T700/LT-03A层合板在三种环境下的应力结果较为接近;与室温环境下的结果相比,低温和湿热环境下层合板的应力分别减少了3.37%和4.3%,而湿热环境下层合板的应力增大了5.69%。环境对该层合板的疲劳性能影响较大。研究成果对碳纤维复合材料的工程应用提供一定的参考。     

胶接碳纤维复合材料层合板拉伸性能及有限元模拟

使用自动铺带工艺制得胶接的碳纤维复合材料层压板试验件,通过轴向拉伸测试,测得了整个试验件的载荷-位移曲线和检测点附近的应变-载荷曲线。试验结果表明,在拉伸载荷作用下试件发生层间剪切破坏,由于胶层的剪切强度高于层合板的层间剪切强度,破坏并没有发生在胶接面内,而是发生在胶层以外的层合板的层间。建立了相应的有限元模型,模拟结果和试验结果的一致说明了有限元模型的合理性。     

盐雾环境对玻璃纤维-铝合金层合板力学性能的影响

通过研究玻璃纤维-铝合金层合板在盐雾环境下不同老化周期后的力学性能及复合材料层红外光谱,分析了层合板在盐雾老化条件下的性能变化。在加速盐雾老化条件下,树脂基体发生了降解,树脂-纤维界面及表面铝合金发生腐蚀破坏,随老化时间的延长,0°及90°层合板的拉伸、压缩及面内剪切强度均呈现出明显的下降趋势,90°层合板内部受到的损伤更为严重,盐雾环境会降低层合板内热固性树脂基体的交联程度,并破坏树脂-纤维及树脂-铝合金的界面,影响应力在玻璃纤维-铝合金层合板层间的传递,使材料力学性能发生衰减。     

碳纤维支杆与金属接头两种连接方式的拉伸试验

碳纤维支杆与金属接头的连接方式通常有两种:胶接和胶-销连接。为了比较二者连接强度的大小,根据当前需求,设计并制作了拉伸试样,然后利用试验机对试样进行了拉伸试验。试验结果表明,胶接方式所能承受的最大拉伸载荷为42.25kN,连接强度为5.83MPa;胶-销连接方式所能承受的最大拉伸载荷为42.10kN,连接强度为5.81MPa。与胶接相比,胶-销连接对支杆和接头的连接强度没有较明显的提升,反而略有下降。     

2.5维机织复合材料疲劳寿命预测

对2.5维机织复合材料进行了静力分析,在受拉伸载荷的情况下将其视为经纱层和纬纱层组合而成的层合板。以单向板疲劳寿命预测为基础,考虑到疲劳加载过程中刚度退化导致的应力重新分配,采用Miner理论对其拉-拉疲劳寿命进行预测,且对该方法进行了试验验证,为预测2.5维机织复合材料的疲劳寿命提供了一种途径。     

国产MT700碳纤维复合材料螺栓连接强度实验研究

对国产MT700与进口T700S碳纤维复合材料单螺栓连接结构的静拉伸强度进行实验研究,分析了两种材料的载荷-位移曲线特征、连接强度特性及破坏形式。实验结果表明:国产MT700/603层合板连接部位的承载能力及结构稳定性均优于进口T700S/603层合板,M5及M6单螺栓连接破坏强度分别提高了12%和10%;另外,国产MT700/603层合板胶-螺混合连接有效提高了整体连接强度和安全设计裕度,胶层破坏后,M5与M6单螺栓胶-螺混合连接剩余强度系数分别达到65%和88%。     

基于拉伸载荷的碳纤维/环氧树脂层合板疲劳断裂机理

为研究拉伸载荷下碳纤维/环氧树脂层合板的疲劳性能，开展了4种应力水平下的T300/6511碳纤维平纹织物层合板的拉-拉疲劳实验，得到了不同应力水平下层合板的疲劳寿命。采用超声波C扫和扫描电子显微镜（SEM）观察断口形貌及内部损伤，讨论复合材料疲劳损伤发展积累过程和断裂机理。通过复合材料疲劳有限元分析模型，模拟了复合材料织物层合板疲劳损伤积累和失效过程，绘制了S-lg N曲线，分析发现模型预测的疲劳寿命及失效模式与实验结果吻合良好。疲劳加载时，层合板两侧自由边的表面首先出现基体开裂和分层损伤，随后诱发基体与纤维间界面破坏，损伤加剧，并迅速向内侧扩展；最后大量纤维和基体断裂，损伤贯穿整个截面，导致疲劳断裂。     

CFRP与铝板胶螺混合连接结构拉伸性能研究

基于三维渐进损伤理论,建立了复合材料层合板-铝板双搭接胶接连接、螺栓连接、胶螺混合连接结构拉伸强度预测模型,数值仿真结果与试验高度吻合,验证了所建模型的可行性。在此基础上,探究了搭接宽度、搭接长度、胶层厚度、接触面摩擦系数和螺栓个数等参数对胶螺混合连接结构拉伸性能的影响。结果表明:随着搭接宽度和搭接长度的增加,接头失效载荷先逐渐增加后趋于稳定,最优搭接宽度和搭接长度为30 mm和35 mm;胶层厚度对混合连接结构的拉伸失效载荷基本没有影响;胶螺混合连接结构中螺栓接头和层合板之间、螺栓与孔之间的摩擦系数越大,连接结构的拉伸失效载荷越大;在搭接区域相同的情况下,双钉混合连接结构的拉伸失效载荷比单钉的拉伸失效载荷提高了69%。     

二维与三维机织复合材料的力学性能实验研究

通过对超厚三维正交机织复合材料及二维机织层合板分别进行拉伸和压缩实验，研究比较两复合材料刚度和强度特性的差异；研究发现无论是三维机织材料的拉、压，还是二维层合板的拉、压的应力一应变曲线都可近似为直线关系，而且具有脆性破坏的特点；三维复合材料的拉、压强度要高于二维层合板，是由于不同的增强相结构及纤维含量造成；不同的破坏模式对材料强度影响很大。     

螺栓连接对二维机织物增强复合材料拉伸性能影响的实验研究

本文主要通过对单搭接螺栓连接的二维机织物增强层合板拉伸实验的分析，讨论了螺栓连接的物理参数，织物组织结构等因素对层合板强度，断裂方式等方面的影响。     

复合板料摆碾铆接、胶接和混合连接性能研究

使用摆碾铆接、胶接和摆碾-胶接混合连接技术对玻璃纤维增强树脂基复合材料进行连接,通过拉伸试验检测该连接方式下的静强度。比较了不同连接方式的连接效果,分析了胶接时间、有无垫圈、多铆钉对连接强度的影响。实验表明摆碾-胶接混合连接能够有效提高连接件强度;垫圈对抗拉伸性能影响最大,加垫圈试件承载能力可显著提升29.46%;在一定时间范围内,胶接时间的延长可以大幅度提高连接件的静强度;然而与拉伸方向一致的双铆钉使用不能提升板料拉伸性能。     

磷酸氧化铜无机胶疲劳寿命的试验研究

本文对磷酸氧化铜无机胶进行了套接抗拉疲劳寿命的试验研究,测出了该胶的S－N曲线及疲劳极限。结果表明：磷酸氧化铜无机胶的抗拉疲劳特性与金属材料的特性较相似,该无机胶的抗拉疲劳极限为其静拉伸剪切强度的41．25％。本研究结果为将该无机胶更有效地应用于疲劳构件的粘接提供了理论依据。     

胶铆连接性能研究

胶铆连接集中了胶接的连续密封性能、耐疲劳性能和铆接的抗剥离性能。本文选取SY－H2糊状胶粘剂,综合对比了胶接试样、铆接试样和胶铆试样的力学性能和耐疲劳性能。胶接能够提供连续的面连接,有利于减轻结构重量。胶接和胶铆试样的疲劳性能优于铆接试样,在相同频率下的破坏应力或循环周期都高于铆接试样。     

复合材料层合板低速冲击后的力学性能试验研究

对特定铺层的5224/CF3052平纹织物复合材料层合板进行了低速冲击和冲击后拉伸、压缩及弯曲试验。探讨了层合板在冲击试验过程中的损伤过程、特征和机理;分析了凹坑深度对层合板冲击后拉伸、压缩和弯曲强度的影响规律。结果表明:冲击后拉伸、压缩及弯曲强度降幅分别为60.9%、50.4%及28.4%,冲击后拉伸强度降幅最大,应引起注意。与冲击后压缩试验结果类似,凹坑深度与冲击后拉伸、弯曲剩余强度关系曲线存在拐点现象。     

T800碳纤维复合材料混合连接层合板钉载分布及有限元计算

采用自动铺带工艺制得混合连接的T800碳纤维复合材料层压板试验件,通过轴向拉伸测试,测得了整个试验件的载荷-位移曲线和每一个钉孔附近的应变-载荷曲线。试验结果表明,首末两排钉承担载荷最大,中间排钉载最小。模量相对较大的胶层阻止了钉载的有效传递,破坏模式主要为钉孔挤压和层合板拉伸破坏。建立了相应的有限元模型,模拟结果和试验结果的一致说明了有限元模型的合理性。     

复合材料-铝合金碾铆与螺栓连接强度对比分析

通过碾铆连接和螺栓连接对复合材料-铝合金进行了连接实验,对两种连接方式的接头进行了静拉伸测试,对比分析了有无垫片和是否粘接两种因素对接头连接强度和能量吸收的影响。结果表明:添加垫圈后,两种接头的峰值载荷趋于一致,但螺栓连接接头的失效位移高于碾铆连接接头,且其能量吸收值比碾铆连接接头高16.29%,有更强的缓冲吸震能力;引入粘接对两种接头的抗拉伸强度影响不大,螺栓连接失效的峰值载荷略高于碾铆连接,两种接头的失效位移和能量吸收基本相同。     

(±45°/90°/0°)_s准各向同性层合板的拉伸强度

根据经典层合板理论,层合板(±45°/90°/0°)s是准各向同性层合板,其拉伸刚度在板面内各个方向上都相同,而拉伸强度是随偏轴角θ改变而变化,即强度方面不具有各向同性的特点。本文首先研究(±45°/90°/0°)s这种准各向同性层合板拉伸强度在偏轴角θ从0°至45°之间的变化情况,然后通过分别改变单层板强度参数和弹性常数来研究该层合板的拉伸强度的变化情况,并分析其破坏形式。最后与NCF材料的试验结果进行了比较。     

基于MSC软件对含损伤的复合材料性能评估与修补研究

基于MSC软件建立了完好、损伤以及修补三种类型复合材料层合板的有限元模型,预估三种类型层合板的强度,通过分析不同修补角度下层合板的强度值,得到较合理的修补角度参数。通过拉伸试验分别确定完好、损伤和修补的层合板试验件强度并与仿真分析结果比较。结果表明,数值模拟强度值与实验值吻合度较好,建立的仿真模型有效地预测了不同修补角度层合板的剩余强度。