CFRP锪窝制孔尺寸及误差对连接结构疲劳性能的影响

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1、天津大学硕士学位论文CFRP锪窝制孔尺寸及误差对连接结构疲劳性能的影响CFRPcountersinkholesizeanderrorinfluenceoffatigueperformanceontheconnectionstructure学科专业：机械工程研究生：周猛指导教师：秦旭达教授企业导师：张晓斌高工天津大学机械工程学院2017年12月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同

2、工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要碳纤维增强复合材料沉头螺栓连接是飞机结构中最常用的连接方式之一。但是，复合材料沉头螺栓连接构件的锪窝制孔相当于

3、一个潜在的疲劳损伤源，而国内外学者对于复合材料锪窝孔尺寸及误差对连接结构疲劳性能影响少有研究。因此，本文对复合材料沉头螺栓连接结构的载荷传递过程、疲劳失效过程、损伤产生及演化规律进行研究。主要研究内容如下：基于复合材料三维本构模型、Hashin失效准则，建立复合材料沉头螺栓连接结构疲劳仿真的有限元模型，研究构件连接区域的应力场分布，揭示复合材料沉头螺栓连接结构的载荷传递规律。基于复合材料沉头螺栓连接结构静载荷与动载荷试验，通过试验和仿真等手段分析构件在疲劳过程中连接部位的应力分布情况，找到导致连接结构缺陷产生的原因。研究锪窝孔倒圆角尺寸、锪窝孔深度误差、锪窝孔坡度误差及锪窝

4、孔轴线偏心误差对复合材料沉头螺栓连接结构疲劳性能的影响。对复合材料连接结构的疲劳寿命进行预测分析，揭示不同锪窝孔尺寸及误差对连接结构疲劳性能的影响规律。基于复合材料沉头螺栓连接结构的试验及仿真分析，研究连接构件的损伤形式及演变过程。揭示复合材料螺栓连接结构的疲劳失效机理。本文分析了锪窝孔连接结构的疲劳失效机理，研究了不同锪窝孔对连接结构疲劳性能的影响，揭示了疲劳寿命的变化规律。从而优化锪窝孔的加工制造工艺及构件的连接工艺，并为锪窝制孔几何误差评价标准提供理论支持。关键词：碳纤维复合材料，沉头螺栓连接，锪窝孔尺寸及误差，疲劳寿命预测IABSTRACTThecountersin

5、kboltconnectionisoneofthemostcommonconnectionmodesinaircraftstructureofCarbonFiberReinforcedPolymer/Plastic(CFRP).Thecompositeboltconnectingmembercountersinkholeisequivalenttoapotentialsourceoffatiguedamage,butthedomesticandforeignscholarshavelittleresearchforeffectofcompositecountersinkho

6、lesizeanderroronthefatiguepropertyofconnectionstructure.Therefore,theloadtransferprocess,thefatiguefailureprocess,thedamagegenerationandtheevolutionmethodofthecompositeheadboltconnectionstructurewerestudiedinthispaper.Themaincontentsareasfollows:Basedonthethree-dimensionalconstitutivemodel

7、ofCFRPandthefailurecriterionofHashin,afiniteelementmodelforfatiguesimulationofcompositeheadcountersinkboltconnectionstructurewasestablished.Thestressfielddistributionintheconnectionareawasstudied,andtheloadtransferbehaviorofCFRPheadcountersinkboltconnectionstr