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由于复合材料树脂基体的固化收缩、树脂/纤维/模具热膨胀系数不同、各向异性等多因素影响,导致复材构件在制造完成后尺寸精度比金属低。当前我国积累了一定的复合材料设计和制造经验,但是与国外先进技术和水平相比依然存在差距。随着复材在新机结构上应用比例的大幅度提高,面临更多的复合材料结构的装配协调问题,因此复合材料构件装配协调方面的问题将更加突出,复合材料装配协调技术已成为我国新机研制的关键技术之一。 复材构件的制造偏差导致组件装配时的局部间隙,加剧了装配协调问题。由于树脂基体较脆,所以复合材料结构不能用锤铆的方法装配,也不允许敲打和锉修。对复材构件施加一定的夹持力使复材构件相互贴合是消除装配间隙、实现装配协调的重要手段之一。 本文针对飞机用复合材料C型梁典型结构,以有限元仿真为基础,通过多组的对比仿真计算和数据分析,研究包含角度偏差的复合材料C型梁的夹持力施加后的应力及应变状态,同时针对复合材料的破坏模式进行仿真模拟以及运算。设计并制造了相应的C型梁测试用夹具,针对复合材料C型梁实验件的角度偏差进行拉伸和压缩实验。实际测试数据验证了本文建立的复材C型梁有限元仿真模型的正确性和有效性。本文主要研究工作如下: (1)复合材料C型梁有限元分析模型的建立 考虑复合材料C型梁的各向异性,基于Hashin准则建立复合材料C型梁的纤维及基体失效以及基于界面元单元的复合材料分层失效的理论模型。通过应用ABAQUS软件及其用户子程序 UMAT,实现了基于渐进失效准则的复合材料C型梁拉伸及压缩过程的有限元仿真建模及运算,为后续复材C型梁的夹持力施加方案以及装配工艺过程提供模型基础。 (2)复合材料C型梁测试夹具设计 依据具有角度偏差复合材料C型梁施加夹持力的状态及方式,设计了针对复合材料C型梁的角度偏差夹持力施加的实验夹具。该夹具能复合材料C型梁缘条部分均匀地施加载荷,使其满足测试需要,为复合材料C型梁的夹持力施加方式研究奠定了基础。 (3)实验验证与数据分析 针对复合材料C型梁的角度偏差,利用拉伸机和测试夹具对复材C型梁试件进行实验。通过实验以及仿真数据的对比,为复合材料 C型梁夹持力施加方式提供了理论基础,并参照具体实验数据与结论,比较复合材料 C型梁角度偏差有限元模型的仿真结果,为复合材料 C型梁破坏模式的预测与研究提供了依据。