Influence of Assembly Parameters on Tensile Behavior of Hybrid CMC and Superalloy Bolted Joints by Progressive Damage Analysis

基于渐进损伤分析的装配参数对陶瓷基复合材料与高温合金

混合螺栓连接结构拉伸行为的影响

吕超¹,李锋¹,赵淑媛²,孙茜³,李明瑞²,孙新杨⁴

（1.中国航天空气动力技术研究院,北京 100074;2.哈尔滨工业大学 特种环境复合材料技术国家级重点实验室,哈尔滨 150080;3.中航工业集团公司沈阳飞机设计研究所,沈阳 110000;4.哈尔滨工业大学 航天学院,哈尔滨 150001）

创新点说明：

采用ABAQUS有限元软件对陶瓷基复合材料和高温合金螺栓连接结构进行了渐进损伤分析,研究了连接结构装配参数对混合连接结构拉伸性能的影响规律,并讨论了连接结构的损伤失效模式,为提高陶瓷基复合材料连接结构的结构效率及服役安全性提供理论基础。

研究目的：

在飞行器结构应用中,陶瓷基复合材料与金属螺栓连接件的强度分析与结构设计对提高结构承载效率及维护结构完整性起着至关重要的作用,研究连接结构装配参数对陶瓷基复合材料-高温合金螺栓连接结构拉伸性能的影响,对其在航空航天领域的运用具有重要意义。

研究方法：

采用有限元软件ABAQUS建立了2D编织C/SiC陶瓷基复合材料与高温合金GH4169组成的单钉单搭接螺栓连接结构的有限元分析模型,结合Fortran语言将非线性本构模型、失效准则及材料退化模型编写成用户子程序UMAT文件,并嵌入到ABAQUS有限元软件中实现高温拉伸条件下陶瓷基复合材料与高温合金沉头螺栓紧固件的渐进损伤分析。基于此模型研究了连接结构装配参数对混合连接结构拉伸性能的影响规律,并讨论了连接结构的损伤失效模式。

结果：

2D编织C/SiC复合材料与高温合金组成的螺栓连接结构施加适当的预紧力可以提高连接结构的刚度和强度,但过大的预紧力会使复合材料板厚度方向发生破坏,从而导致接头强度下降。钉孔间隙的增加将加剧孔内挤压区域的应力集中现象,导致结构强度降低。

结论：

本研究针对陶瓷基复合材料和高温合金螺栓连接结构,研究了连接结构装配参数对混合连接结构拉伸性能的影响规律及相关失效模式,为陶瓷基复合材料连接件的结构设计和工程化应用提供了技术支撑。

关键词：陶瓷基复合材料;渐进损伤分析;拉伸性能;预紧力;钉孔间隙

     

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