【摘 要】
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碳纤维复合材料由于具有高比强度和高比刚度、耐高温、耐腐蚀、重量轻等优良的性能被认为是最理想的结构材料[1]。碳纤维复合材料因以上优点而被广泛应用于当代汽车行业中,但
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碳纤维复合材料由于具有高比强度和高比刚度、耐高温、耐腐蚀、重量轻等优良的性能被认为是最理想的结构材料[1]。碳纤维复合材料因以上优点而被广泛应用于当代汽车行业中,但由于复合材料制造精度不易控制,各向异性的复合材料制件固化成型后极易产生固化变形;另外由于后期的零部件加工误差及装配应力等因素,零部件在连接装配时在本应自然贴合的界面处往往会产生装配间隙,若采用强迫装配,极有可能会引起复合材料构件的层间损伤和孔边应力集中,从而对于构件的承载性能存在一定的消极影响,而加垫补偿是消除复合材料构件装配间隙最常见的措施。目前,现有文献大多数是从载荷施加方式、填隙材料等方面出发探究其对复合材料装配件力学性能的影响规律,而对装配间隙本身尺寸对装配件的力学性能影响没有进行更加详尽的探究;所以本文对复合材料构件装配过程中存在的装配间隙这一问题,以实验和仿真相结合的方式,针对装配间隙对复合材料装配件力学性能的影响规律展开研究。本文主要内容如下:设计实验,实验主要包括三点弯曲实验和拉伸实验两部分,参照相关标准来设计实验流程和实验件尺寸。对于三点弯曲实验,以装配间隙尺寸、装配钉距及填隙材料为实验变量,分别建立相应实验组;单剪拉伸实验细分为单钉单剪和双钉单剪拉伸实验;利用Abaqus建立有限元模型:根据碳纤维复合材料的几种损伤模式,分别选取失效及刚度退化准则来进行UMAT子程序的构建。根据实际实验情况建立弯曲及拉伸的三维有限元模型,首先进行网络无关化讨论,在保证模型计算效率和模型精确度的前提下合理选择网格划分尺寸。得出模型计算结果后,将模型结果和实验结果进行对比,可以发现模型中装配件破坏形式基本和实验中装配件破坏形式基本一致,有限元模型对装配件强度预测也在误差允许范围内。实验结果和模型结果能够较好地吻合,证明了所建立的三维有限元损伤模型能够较好地模拟构件实际破坏情况。本文中,通过探究装配模型中孔边损伤扩展规律及破坏形式,并和实验件超景深图像综合对比,探究含装配间隙复合材料装配件在不同受载形式下的破坏规律,以模型及实验数据为支撑,从构件极限承载载荷、构件完全失效先后顺序、初始阶段刚度等方面进行分析,综合分析不同装配策略及装配间隙对复合材料装配件力学性能的影响。
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