C_SiC复合材料螺栓连接结构热力耦合及拉伸强度分析.pdf

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1、硕士学位论文C/SiC复合材料螺栓连接结构热力耦合及拉伸强度分析THETHERMO-STRUCTURALANDTENSILESTRENGTHANALYSISOFC/SICCOMPOSITEBOLTEDJOINTS阙权庆哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：学校代码：10213国际图书分类号：密级：公开工程硕士学位论文C/SiC复合材料螺栓连接结构热力耦合及拉伸强度分析硕士研究生：阙权庆导师：赵淑媛申请学位：工程硕士学科：航天工程所在单位：复合材料与结构研究所答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInde

2、x:U.D.C:DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHETHERMO-STRUCTURALANDTENSILESTRENGTHANALYSISOFC/SICCOMPOSITEBOLTEDJOINTSCandidate：QuanqingQueSupervisor：ShuyuanZhaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AerospaceEngineeringAffiliation：CenterforCompositeM

3、aterialandStructureDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要陶瓷基复合材料由于其耐高温、耐磨、抗高温蠕变、导热系数和热膨胀系数较低等特点，逐渐在飞行器热结构上得到广泛的应用。在飞行器结构中，陶瓷基复合材料常常不可避免的与金属件组成连接结构。当这种类型的结构件被用于高温状态下时，由于陶瓷基复合材料与金属的热膨胀不匹配，会导致连接部位产生额外的热应力，并改变接头的连接参数，从而

4、使结构提前发生破坏。因此，研究温度对陶瓷基复合材料-高温合金螺栓连接结构的影响，对其在航空航天领域的运用具有重要意义。首先，为了实现陶瓷基复合材料连接结构中的2D编织C/SiC复合材料的应力计算和破坏分析，本文使用宏观唯象本构模型描述2D编织C/SiC复合材料应力-应变曲线的非线性特征，结合Tsai-Wu强度理论作为陶瓷基复合材料的失效判据，将材料模型利用UMAT子程序嵌入到ABAQUS有限元模型中，对平板的加卸载过程与带孔板的拉伸过程进行有限元分析，并与文献中的试验结果作对比，验证了该UMAT子程序的有效性。其次，针对2D编织C/SiC陶瓷

5、基复合材料与高温合金GH4169组成的螺栓连接结构，使用有限元软件ABAQUS建立了单钉单搭接螺栓连接结构的热分析模型。通过计算得到了模型在给定的热边界载荷作用下的瞬态温度场，将温度场结果导入到应力场分析中，结合材料模型的UMAT程序，实现了模型的热力耦合分析。通过研究连接结构在高温热载荷作用下产生的热应力场，讨论了瞬态升温过程对连接结构预紧力、钉孔配合精度产生的影响。最后，对施加了不同预紧力、不同钉孔配合精度工况下的2D编织C/SiC陶瓷基复合材料-高温合金螺栓连接结构进行了有限元强度分析，研究了不同预紧力和钉孔间隙对结构拉伸性能的影响。对

6、不同温度环境下的连接结构进行了有限元分析，讨论了温度在造成预紧力和钉孔间隙改变后接头强度的变化，并分析了750℃高温下不同预紧力的连接结构强度。关键词：C/SiC复合材料；热力耦合；螺栓连接；静强度；有限元分析-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractCeramicmatrixcompositeshavebeenwidelyusedinthethermalstructureofaircraftbecauseoftheirhightemperatureresistance,wearresistance,hightemperaturec

7、reep,thermalconductivityandlowthermalexpansioncoefficient.Inaircraftstructure,ceramicmatrixcompositesareinevitablyconnectedwithmetalparts.Whenthistypeofjointstructureisusedathightemperatureenvironment,themismatchofthermalexpansioncoefficientsbetweenceramicmatrixcompositeand

8、metalwillleadtotheadditionalthermalstressinthejointareaandchangetheconnectionparam