低速冲击下碳纤维复合材料层合板机械连接性能数值模拟

《低速冲击下碳纤维复合材料层合板机械连接性能数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代号10532学号S1502W0211分类号U461密级公开工程硕士学位论文低速冲击下碳纤维复合材料层合板机械连接性能数值模拟学位申请人姓名彭峰培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称胡德安教授陶剑波高级工程师学科专业车辆工程研究方向机械CAE论文提交日期2018年4月20日学校代号：10532学号：S1502W0211密级：公开湖南大学工程硕士学位论文低速冲击下碳纤维复合材料层合板机械连接性能数值模拟学位申请人姓名彭峰导师姓名及职称胡德安教授陶剑波高级工程师培养单位机械与运载工程学院专业名称车辆工程论文提交日期2018年4月20日论文答辩日期2018年5月10日答辩委员会主席方棋洪

2、教授NumericalSimulationofMechanicallyFastenedJointsPropertiesforCarbonFibreCompositeLaminatesSubjecttoLowVelocityImpactLoadsbyPENGfengB.E.(ShenyangJianzhuUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinVehicleEngineeringintheGraduateSchoolofHu

3、nanUniversitySupervisorProfessorHUDeanSeniorEngineerTAOJianboMay,2018I低速冲击下碳纤维复合材料层合板机械连接性能数值模拟摘要随着航天、汽车等领域的快速发展，结构性能相当于或优于铝合金的先进复合材料开始兴盛，由于复合材料的诸多优异性能，一经问世就显示了巨大的生命力。复合材料连接结构的主要连接形式是机械连接以及胶接连接，其中机械连接是最主要的连接形式。机械连接的质量易于控制、强度分散性小、能传递大载荷、便于装卸、安全可靠，但是由于开孔引起应力集中，削弱复合材料结构的承载能力。同时由于复合材料结构抗冲击能力非常弱，因此在低速

4、冲击载荷作用下，通过数值模拟的方式研究各种关键因素对复合材料机械连接力学性能特性的影响规律很有必要。本文首先介绍了复合材料的本构模型包括二维Hashin失效准则以及复合材料层间损伤模型，在此基础上利用ABAQUS建立了碳纤维复合材料层合板单剪单钉连接模型和碳纤维复合材料层合板低速冲击有限元模型，分别模拟碳纤维复合材料层合板单剪单钉连接在静拉伸载荷作用下的力学响应以及碳纤维复合材料层合板在低速冲击载荷作用下的力学响应，通过试验结果的对比，验证了机械连接模型以及材料参数的有效性。其次利用ABAQUS建立了碳纤维复合材料单剪双钉和单剪四钉连接有限元模型，并分析了在低速冲击载荷作用下单向铺层比例

5、、层合板的板宽、单向铺层夹角对于单剪双钉连接层合板连接性能的影响以及连接区面积、钉的排列方式对单剪四钉连接层合板连接性能的影响，结果表明板宽、单向铺层夹角以及单向铺层比例对碳纤维复合材料层合板单剪双钉连接性能均有显著影响，而菱形的排列方式更有助于提升单剪四钉层合板连接性能。最后分析了不同螺栓-孔配合作用下孔周径向应力的分布情况，进一步分析了在低速冲击载荷作用下干涉配合和螺栓预紧力混合作用以及配合方式对碳纤维复合材料单剪双钉连接性能的影响，结果表明干涉量和预紧力的大小均会影响复合材料结构的连接性能，但是预紧力的影响程度大于干涉量，通过研究间隙配合和干涉配合两种配合方式对碳纤维复合材料层合板

6、单剪双钉连接性能的影响，结果表明配合方式对孔周径向应力的分布有显著影响，同时对连接性能也有影响，但对连接破坏模式没有影响。关键词：碳纤维复合材料；机械连接；低速冲击；连接性能；数值模拟II工程硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofaerospace,automobileandotherfields,theadvancedcompositematerialshavebeguntoflourish,thestructuralpropertiesareequivalentorsuperiortoaluminumalloy.Becauseoftheexce

7、llentpropertiesofthecomposites,theyhaveshowngreatvitalityoncetheycomeout.Thejointofcompositematerialstructuremainlyincludesmechanicallyfastenedjointsandadhesivelybondedjoints.Mechanicallyfastenedjointsisoneofthemostimp