3钉带衬套复合材料/金属接头拉伸疲劳性能

带衬套沉头螺栓连接已经在复合材料连接结构中得到了一定应用,需要对其疲劳性能进行研究.本工作在单搭接 3 钉带衬套碳纤维复合材料/钛合金沉头螺栓连接接头实验研究基础上,建立复合材料及金属结构的疲劳分析模型,对结构的疲劳性能进行有限元分析,并与无衬套接头模型进行对比,研究衬套对接头疲劳性能的影响.结果表明,使用衬套比仅采用螺杆过盈装配能够更加有效地提升接头的疲劳寿命,其中层合板寿命提高了约 3 .6 倍,钛合金板寿命提高了约 2 .7 倍,螺栓寿命提升了约 1 4 倍,并且仅出现钛合金板破坏,紧固件不破坏.结合实验结果分析发现,由于复合材料和金属材料自身疲劳性能的差异,其机械连接结构的疲劳破坏模式会因载荷水平的不同而发生变化;当载荷水平较低时,金属结构更容易发生破坏.     

温度对碳纤维平纹布正交层合板拉伸疲劳性能的影响

温度环境可降低复合材料的疲劳性能,在确定复合材料结构寿命时须考虑温度的影响.本试验测量了碳纤维平纹布正交层合板在低温干态(CTD)、常温干态(RTD)和高温干态(ETD)环境下的拉伸疲劳性能,获得了三种环境下复合材料的S-N曲线,分析了温度对复合材料疲劳性能的影响.基于试验结果,建立了温度条件下复合材料疲劳性能有限元分析模型,对复合材料的疲劳寿命进行了估算并分析了其损伤机理.线性拟合结果显示:在106 疲劳寿命下,与RTD环境疲劳最大应力相比,CTD环境疲劳最大应力略有降低,而ETD环境疲劳最大应力下降明显. CTD环境下,试验件的疲劳破坏断口比较齐整,纤维基本在同一纵向位置断裂,断口附近基体基本完好,无分层现象;RTD环境下,试验件断口处也没有明显分层现象;ETD环境下,试验件出现了明显的分层,同时还有纤维拔出,且断口处基体开裂程度严重.有限元分析表明,CTD环境下试验件的疲劳断裂呈现脆断的特征,断裂截面平整,断裂区域窄;RTD与ETD环境下试验件的纤维疲劳断裂损伤的断裂截面不平整,断口不一,断裂区域相对较宽.     

3钉带衬套复合材料/金属接头拉伸疲劳性能试验研究

带衬套沉头螺栓连接已经在复合材料连接结构中得到了一定的应用,需要对其疲劳性能进行研究.本研究对一种单搭接3钉带衬套碳纤维复合材料/钛合金沉头螺栓连接接头进行了静态拉伸试验,测量了接头的载荷-位移曲线、拉伸极限强度与条件挤压强度.在此基础上,确定67％接头极限载荷为拉伸疲劳最大载荷,按应力比为0.1的循环载荷对接头进行疲劳试验,并与对应的无衬套接头进行了对比,研究了衬套对该接头疲劳性能的影响.结果表明,衬套的引入改善了应力分布情况,使结构疲劳寿命延长了98.4％.同时,静态拉伸试验中发生层合板的钉孔挤压以及净截面拉伸破坏,疲劳试验中发生钛合金板的拉伸疲劳破坏,部分无衬套接头还发生了螺栓疲劳破坏.经分析发现,两类材料的疲劳性能表现差异较大,复合材料/金属机械连接接头的疲劳破坏模式会因载荷水平的不同而发生变化,在低于一定载荷水平下容易出现金属结构的破坏.