复合材料t型接头界面增强设计方法-研究

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1、承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：i南京航空航天大学硕士学位论文摘要T型接头是一种应用于现代飞机结构的整体化复合材

2、料典型结构形式。蒙皮与缘条之间界面的脱胶是T型接头的典型失效模式。通过Z-pin增强技术能够显著提高蒙皮与缘条的界面性能。本文采用商业有限元软件ABAQUS建立Z-pin增强模型，研究Z-pin对复合材料T型接头性能的影响，主要内容如下：1.介绍了基于内聚力模型的粘聚接触模拟方法，分别采用二次的名义应力强度准则来预测接触面脱胶的起始，采用混合型能量释放率准则来预测界面脱胶的扩展。介绍了基于细观力学的Z-pin桥联律计算方法，通过与试验数据的比较，确定该方法计算Z-pin张开型桥联律与剪切型桥联律的准确性

3、。2.建立拉脱载荷下复合材料T型接头的三维有限元模型，通过定义粘聚接触来模拟界面的脱胶，采用与细观力学方法相结合的非线性弹簧元模拟Z-pin的增强效果。分析结果与试验吻合较好，验证了粘聚接触模拟界面破坏及非线性弹簧模拟Z-pin增强机制的可靠性。在此基础上建立了拉脱载荷下复合材料T型接头的二维有限元模型，界面及Z-pin的模拟方法与三维模型相同。二维的分析结果与试验吻合较好，从而为Z-pin增强的参数化分析作准备。3.建立侧弯载荷下复合材料T型接头的三维有限元模型，通过Ufield子程序加入三维Hash

4、in失效判据，建立刚度退化模型。研究了复合材料T型接头在侧弯载荷下受压侧缘条材料的损伤对其承载能力降低的影响，得到缘条区的Z-pin增强较难提高复合材料T型接头侧弯承载能力的结论。4.采用二维模型进行了各Z-pin参数对复合材料T型接头拉脱承载能力影响的参数化分析，深入地研究了各参数及Z-pin布置位置的影响，并提出了设计建议。关键词：复合材料，T型接头，粘聚接触，非线性弹簧，Z-pin，参数化i复合材料T型接头界面增强设计方法研究ABSTRACTCompositeT-jointisatypicalfo

5、rmofstructurewidelyusedinmodernaircrafts.DelaminationbetweentheskinandflangeisthetypicalfailuremodeofT-joints.Z-pincansignificantlyincreasetheinterfacialperformancebetweenskinandflange.ThefiniteelementmodeliscreatedfortheZ-pinreinforcedcompositeT-jointby

6、usingthecommercialsoftwareABAQUS,andtheeffectsofZ-pinontheperformancecompositeT-jointsarestudiedinthispaper.Themaincontentsofthispaperaresummarizedasbelow:1.Thecohesivebehaviorbasedoncohesivezonemodel(CZM)isintroduced.Thequadratictractioncriterionisusedt

7、opredicttheinitiationfailureofcohesivebehaviorandthemixed-modepowerlawenergyreleaseratecriterionisusedtopredictthespreadoffailureofcohesivebehavior.2.ThethreedimensionalfiniteelementmodeliscreatedforthecompositeT-jointundertensionalload.Cohesivebehaviori

8、sdefinedtosimulatethedelaminationofinterface.ThenonlinearspringelementscombiningwiththemicromechanicalapproachareusedtosimulatetheeffectsofZ-pin.Thefiniteresultareingoodwellwiththetestresults.Themethodofcohesivebehaviorsim