摘要: 碳纤维增强复合材料(CFRP)因具有轻质高强的优良特性而成为当前飞行器制造的优选材料之一，中国C919飞机的复合材料用量达12％，美国波音787和欧洲空客A350XWB的复合材料用量均超过50％。以CFRP为代表的先进复合材料的使用比例已经成为衡量高端设备制... 展开 碳纤维增强复合材料(CFRP)因具有轻质高强的优良特性而成为当前飞行器制造的优选材料之一，中国C919飞机的复合材料用量达12％，美国波音787和欧洲空客A350XWB的复合材料用量均超过50％。以CFRP为代表的先进复合材料的使用比例已经成为衡量高端设备制造水平的重要指标。我国的复合材料核心制造技术仍与世界先进水平存在差距，经过多年的攻坚克难，我国积累了一定的复合材料连接基础理论和装配技术，但在影响因素错综复杂的虑及制造变形的复合材料构件高性能连接装配研究方面，相关理论方法和关键技术仍需进一步深入研究。同时，当前航空CFRP构件仍主要采用分离制备再连接装配的制造方式，构件制造过程中的各类误差不断累积，导致两个构件在装配界面处形成装配间隙，致使连接质量难以保证。因此，如何实现含装配间隙的复合材料构件高性能连接装配是我国航空复合材料构件制造面临的重大挑战之一。 本论文针对C919飞机制造过程中对含装配间隙的CFRP构件高性能连接装配技术的迫切需求，开展了CFRP构件螺接性能研究，采用解析方法和有限元方法建立了虑及填隙装配的CFRP螺接性能分析模型，揭示了装配间隙对CFRP螺接性能的影响机理，同时提出了一种采用混合填隙垫片提高CFRP构件螺接性能的填隙新工艺，有效克服了传统液体垫片和固体垫片的性能局限性。本论文的主要研究成果如下: (1)针对含装配间隙的CFRP构件螺接性能高精高效计算需求，建立了CFRP螺接性能分析模型，包括基于弹簧-质点模型的单钉/多钉单剪刚度解析模型、基于夹心结构弯曲变形计算方法的复合材料接头三点弯曲刚度解析模型，以及基于渐进损伤模型的螺接结构有限元模型。上述模型为CFRP螺接性能的工程计算提供了可行方法。 (2)应用螺接性能分析模型揭示了装配间隙对CFRP构件螺接性能的影响规律:当装配间隙半径接近高剪切应力边界半径时，装配间隙会显著降低摩擦刚度;当装配间隙半径超过高剪切应力边界半径，摩擦刚度降为零，螺栓刚度随装配间隙增大而降低。 (3)分析了不同填隙垫片材料以及填隙百分比对螺接性能的影响规律，提出了一种旨在提高含装配间隙CFRP构件螺接性能的玻璃纤维树脂叠层混合垫片填隙新工艺，形成了适用于含装配间隙的CFRP构件装配过程的填隙垫片选用工艺准则，研究成果成功应用于某航空复合材料机翼盒段验证件的装配。 本论文研究成果为解决含装配间隙复合材料构件螺接性能计算难题提供了可行方法，为我国大型航空复合材料构件高性能连接装配技术的进步起到了促进作用。 收起