复合材料机翼中胶接结构的有限元模拟

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1、硕士学位论文复合材料机翼中胶接结构的有限元模拟FINITEELEMENTMETHODOFADHESIVESSTRUCTUREONCOMPOSITEWING胡平哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：V229+.9学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文复合材料机翼胶接结构的有限元模拟硕士研究生：胡平导师：赫晓东教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V229+.9U.D.C:621Disser

2、tationfortheMasterDegreeinEngineeringFINITEELEMENTMETHODOFADHESIVESSTRUCTUREONCOMPOSITEWINGCandidate：HuPingSupervisor：Prof.HeXiaodongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015

3、Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要对于全复合材料机翼而言，采用金属机械连接不仅会破坏纤维的连续性，而且会增加系统重量，不能充分发挥减重的效果。由于胶接连接存在无钻孔引起的应力集中，对搭接板本身刚、强度无影响；零件数目少，结构轻，连接效率好，可以降低制件的成本；能够获得光滑气动外形等优点。然而胶接连接有如下缺点：受力的分散性大，难以进行等强度设计，受环境影响大，工艺要求严格，胶层厚度对胶层应力有较大影响，并且胶

4、接结构不能够进行多次拆卸。在不考虑工艺的基础上，全复合材料机翼胶层设计有如下两个难点：（1）确定胶层厚度，因为胶层厚度的变化对胶层应力有较大影响；（2）复合材料零部件与胶层的等强度设计，由于复合材料零部件与胶层采用不同的强度准则。在进行有限元分析时候，主要难点是胶层与零部件模型的几何尺寸相差5个量级。针对提出的这些问题，本文首先研究了单搭接方式中复合材料搭接板的力学性能，胶层在三种典型载荷影响下的变形规律，再对胶层和复合材料搭接板的强度准则展开研究。然后通过有限元数值模拟的方法建立单搭接的二维和三维模型进行了研究，得到了

5、胶层界面与胶层中部的应力分布和确定三维效应对胶层的影响规律，研究了搭接长度、胶层厚度和搭接形式对胶层应力的影响，通过拉伸实验和拉脱实验，分别确定胶层的剪切强度和拉脱强度。最后设计了一种长展弦比的全复合材料机翼，并使用CATIA进行铺层设计，通过飞行环境得到了表面载荷，使用Hypermesh进行了前处理，并将CAD模型导入CAE软件处理。针对模型中有限元网格过多的问题，使用子模型法进行处理，大大减少了、网格数量。最后使用方案优选的方法，通过正交试验分析各参数对胶层应力的影响，使得复合材料结构及胶层在满足强度的基础上，重量达

6、到最轻。关键词：全复合材料机翼；单搭接；胶接；子模型法-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractForall-compositewing,theuseofmechanicalconnectionswouldincreasetheweightofthesystembutnotfullylossingweightresults.Foradhesiveconnectionscausednodrillingstressconcentration,andhavingnoeffectonthelapboard’sstiff

7、nessandstrength;smallnumberofparts,lightstructure,goodligationefficiency,reducingthecostofparts;beingabletoobtainasmoothaerodynamicadvantages.However,adhesiveshadthefollowingdisadvantages:largedispersionforce,beingdifficulttoequalstrengthdesign,subjectingtoenviro

8、nmentalimpact,processdemanding,layerthicknesshaveagreaterimpactonthelayerofstress,bondingstructurecannotbedemolished.Withouttakingintoaccounttheprocessonthebas