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排序：

[学位论文] 于佳利大连理工大学 2020年硕士导师: 王一奇共74页

摘要 : 碳纤维复合材料凭借其高比强度、高比刚度、可设计性强等优异的力学性能，被广泛应用于飞机制造。目前飞机复合材料构件之间的主要连接装配形式为螺栓连接，而由于成型工艺与加工技术等的制约，复合材料构件容易产生翘曲变形，在装配过程中会导致装配... 展开碳纤维复合材料凭借其高比强度、高比刚度、可设计性强等优异的力学性能，被广泛应用于飞机制造。目前飞机复合材料构件之间的主要连接装配形式为螺栓连接，而由于成型工艺与加工技术等的制约，复合材料构件容易产生翘曲变形，在装配过程中会导致装配间隙的产生，在构件内应力的作用下诱发二次损伤。二次损伤会严重影响复合材料连接装配构件的力学性能与可靠性，甚至导致飞机在服役期间发生破坏。针对上述问题，本文开展了预制装配间隙以及液体垫片填隙补偿的碳纤维复合材料螺栓连接件的试验研究和有限元仿真分析，从试验测试与数值计算两个方面探讨了装配间隙引发的二次损伤对于复合材料连接装配构件性能的影响规律，对比分析不同填隙填隙补偿策略对于二次损伤的抑制效果，以期为实现碳纤维复合材料构件的高质量连接装配提供理论参考。本文的主要工作如下： (1)将渐进损伤分析方法与内聚力模型相结合，将改进的Hashin损伤判定准则以及连续损伤性能退化方案编入外接子程序。基于ABAQUS建立了碳纤维复合材料层合板的拉伸、压缩以及三点弯曲有限元仿真模型，并开展相关试验验证，数值模拟结果与试验结果有着良好的一致性。 (2)开展无间隙、2mm间隙以及4mm间隙的碳纤维复合材料连接装配构件的弯曲性能试验，并建立了相应的有限元模型进行仿真分析，对比分析不同构件的宏观力学性能、微观损伤形貌、连接区域应力分布等的差异。结果表明，装配间隙会导致连接构件力学性能下降，诱发连接孔周边应力集中、孔壁损伤等二次损伤。且装配间隙越大，构件的二次损伤越严重。 (3)以液体垫片作为填隙介质，开展了全填隙、中间填隙以及两端填隙的复合材料连接装配构件的弯曲性能试验，并建立了相应的有限元模型进行仿真分析，对连接装配构件的二次损伤情况进行对比研究。结果表明，使用液体垫片进行填隙补偿后，构件力学性能有所上升，其连接区域的应力集中及层合板损伤也得到了抑制，采用液体垫片进行填隙补偿能够有效抑制复合材料连接装配构件的二次损伤。收起

关键词 : 复合材料螺栓连接装配间隙二次损伤填隙补偿

2. 填隙补偿参数对复材螺栓连接结构的力学性能的影响研究

[学位论文] 云一珅南京航空航天大学 2017年硕士导师: 安鲁陵;柳毅共70页

摘要 : 先进复合材料因其在减重、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性等方面的巨大优势而广泛应用于航空制造领域，然而复合材料在工程应用中也暴露出许多问题，其中之一便是飞机复合材料构件装配的填隙补偿问题。因复合材料较低的制造精度，构件配合面间可能会出现装... 展开先进复合材料因其在减重、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性等方面的巨大优势而广泛应用于航空制造领域，然而复合材料在工程应用中也暴露出许多问题，其中之一便是飞机复合材料构件装配的填隙补偿问题。因复合材料较低的制造精度，构件配合面间可能会出现装配间隙。如果进行强迫装配或者采用不恰当的填隙补偿方法，会使装配结构中存在较大的应力和应变，进而引起复合材料的分层、裂纹扩展等损伤，最终会削弱连接结构的力学性能,因而需要采取补偿措施。要实现对装配间隙的合理补偿，首先要了解填隙补偿对装配质量的影响规律。本文针对复合材料构件装配的填隙补偿问题进行研究，目的是总结归纳填隙补偿参数对复合材料装配结构的力学特性的影响规律。本文主要从填隙补偿对复合材料装配结构应变应力的影响以及填隙补偿对复合材料单剪接头拉伸力学性能的影响两方面展开。前者主要考察在装配阶段，装配间隙以及填隙补偿参数对复合材料构件附加应力应变的影响，后者则考察装配间隙以及填隙补偿对复合材料连接结构使用性能的影响。考察的参数包括垫片材质和装配间隙大小两方面。下面介绍全文的主要工作： (1)填隙补偿对复合材料装配结构应变应力的影响研究基于等效装配模型，通过实验和仿真手段模拟复合材料构件装配连接过程，进而获取装配阶段飞机复合材料构件附加装配应力应变。关于应变的研究通过分析构件表面应变的分布特点辨识构件上受装配间隙影响较为严重的区域，通过比较补偿前后应变水平的变化来分析液体垫片、可剥垫片对连接结构应变的影响规律。结果表明：靠近固定端的区域受装配间隙的影响较为严重；液体垫片补偿有助于应变分布的均匀化，可剥垫片基于应变的补偿效果不如液体垫片。关于应力的研究主要基于有限元仿真模型，分为层内应力与层间剪切应力分析两部分，侧重于探索液体垫片补偿效果随装配间隙大小的变化规律。结果表明：在0.2~0.7mm的装配间隙区间内，液体垫片取得了相对较好的补偿效果。 (2)针对填隙补偿对复合材料单剪接头拉伸力学性能的影响，主要研究了接头拉伸刚度和和极限载荷等指标的变化。通过比较补偿前后接头拉伸刚度和极限载荷等指标，分析了垫片材质以及垫片厚度对接头拉伸性能的影响规律。结果表明：垫片的引入有助于提高接头极限载荷；与液体垫片相比，可剥垫片补偿后的接头拉伸刚度更大；随着垫片厚度的增大，接头螺栓孔内壁受载趋于集中，接头极限载荷表现为下降的趋势。收起

关键词 : 飞机装配复合材料填隙补偿螺栓连接力学性能

3. 随形填隙与装配工艺对CFRP构件装配应力的影响

[学位论文] 常俊豪大连理工大学 2019年硕士导师: 高航共66页

摘要 : 复合材料由于其重量较轻，强度较高，比刚度高、耐腐蚀性较强的特点，在航空航天领域内得到了广泛的应用。其中，复合材料构件装配质量的高低对于整体结构的性能有着十分重要的影响。如何对于难检测区域的复杂形状进行形状测量并进行补偿操作成为了学... 展开复合材料由于其重量较轻，强度较高，比刚度高、耐腐蚀性较强的特点，在航空航天领域内得到了广泛的应用。其中，复合材料构件装配质量的高低对于整体结构的性能有着十分重要的影响。如何对于难检测区域的复杂形状进行形状测量并进行补偿操作成为了学术界研究的重点。目前对于复合材料连接装配应力的控制方法主要集中在小型装配间隙的分析与补偿方面，对于形状尺寸较大且形状复杂的装配间隙的有效补偿目前仍缺少有效的研究。于此同时，针对复合材料装配构件的装配工艺对于装配应力的影响规律研究较少，缺乏相关的理论解析与试验研究。本课题来源于国家973计划“大型复合材料构件连接装配的力学行为分析与高质量装配方法”。本文就大型复合材料构件的装配特征进行了研究，针对装配环节中出现的装配间隙进行分析，了解装配间隙的产生原因与分布特征，提出合理的间隙补偿措施。以大型复合材料连接构件的螺栓分布情况作为基础，进行装配工艺的影响因素分析，优化装配工艺方法。本文主要从大尺寸装配构件的随形垫片获取与装配工艺研究两方面出发，主要研究工作与成果如下所示：（1）基于大尺寸装配构件变形特征较为复杂的特点，比较了不同测量方法的优劣，利用三维扫描方法对装配构件在不同装配条件下的形状进行记录。编写算法进行装配构件点云模型的简化与筛选，得到扫描点云样本点网格模型进行有限元运算。结果表明预测变形数值与实际测量值误差不超过20%，证明了利用点云处理算法的有效性。随后利用投影距离计算公式生成样本点网格模型，进行随形垫片的加工。设计实验进行补偿效果验证，结果证明随形垫片变形抑制作用良好，平均应变最多下降70%。（2）另外根据现场装配工艺对于装配应力的影响作用进行研究，分析不同现场装配构件的结构特征，总结装配顺序与装配力矩的施加方法，根据实际装配盒段进行简化，得到缩比实验结构模型，基于盒段的结构分布进行实验区域的划分，随后进行装配工艺的影响作用实验。结果表明装配顺序对于装配变形有着不可忽略的作用，不合适的装配顺序可能会导致装配应力的增大，最大可达10%，总结装配顺序影响规律，提出了装配顺序优化方案。装配力矩的改变也会引发不同程度的装配变形，最大可达8.8%。但是间隙过渡区域的残余间隙难以消除，建议进行填隙处理。收起

关键词 : 碳纤维增强构件连接装配随形填隙应力分析

4. 垫片填充非均匀间隙的复合材料装配结构力学特性研究

[学位论文] 岳烜德南京航空航天大学 2018年硕士导师: 安鲁陵共82页

摘要 : 复合材料凭借其优异的力学性能，在飞机制造中得到了广泛应用。但由于复合材料构件成型精度较低，装配时常在配合面间产生间隙，当间隙较大时，需要进行填隙补偿。工程应用中发现，不恰当的填隙补偿方式会造成较大的装配应力，还有可能造成层间局部损... 展开复合材料凭借其优异的力学性能，在飞机制造中得到了广泛应用。但由于复合材料构件成型精度较低，装配时常在配合面间产生间隙，当间隙较大时，需要进行填隙补偿。工程应用中发现，不恰当的填隙补偿方式会造成较大的装配应力，还有可能造成层间局部损伤。本文首先分析复合材料翼盒的结构，从中抽象出了带有楔形间隙的双端固支模型和单搭接模型，针对这两种模型分别研究了装配连接及拉伸受力两个过程，分析了楔形间隙及其填隙补偿方法对复合材料装配结构力学性能的影响。论文的研究工作主要包括：（1）研究了楔形间隙大小与跨距对复合材料装配结构力学特性的影响，使用双端固支模型进行实验研究与有限元分析，设计了专用的实验装置用于模拟施加螺栓预紧力，分析预紧力作用下复合材料的弯曲变形与表面应变；进行有限元分析时，建立了包含层间内聚力单元的有限元模型，用于分析复合材料的层间应力及损伤。研究结果表明，施加预紧力时，靠近间隙大端的位置表面应变较大，并随着间隙的增大和跨距的减小而有所增加，液体垫片补偿可以降低高应变区的应变值。靠近螺栓头的内聚力单元应力集中程度及局部损伤状况较为严重，并随着间隙的增大而进一步恶化，液体垫片补偿可以显著改善应力集中与局部损伤情况。通过蔡-吴强度理论计算层内单元的失效指数，并对其频率分布进行统计分析，发现靠近复合材料板表面的单元中，失效指数较高的单元所占比例较大，而中间层单元较小。随着间隙的增大与跨距的减小，表面各危险层高失效指数单元的比例有所增大，液体垫片的加入可以降低这一比例。（2）研究了液体-可剥垫片混合补偿对复合材料装配结构力学性能的影响。以双端固支模型为研究对象进行了实验研究与有限元分析，研究了复合材料表面应变状态、层内应力分布、层间应力及损伤情况等。研究表明，混合补偿的效果介于液体垫片补偿和强迫装配之间，随着可剥垫片比例的增大，各测点应变值将更接近强迫装配。对应力水平较大的层内单元进行分析可知，随着可剥垫片比例的提高，失效指数较高的单元比例会小幅上升。（3）研究了楔形间隙对复合材料装配结构拉伸力学性能的影响，通过拉伸实验研究了单搭接接头的力学特性，并建立了相应的渐进损伤有限元模型，分析接头的拉伸刚度、峰值载荷，及拉伸过程中孔内损伤起始与扩展规律。研究表明，液体垫片补偿可以提高接头的拉伸刚度与峰值载荷，随着垫片厚度的增大，拉伸刚度与峰值载荷有所降低。在液体-可剥垫片混合补偿研究中，随着可剥垫片比例的增加，接头的峰值载荷有所降低，拉伸刚度有所提高，但影响很小。随着楔形间隙的增大，相同载荷下内孔损伤有所加剧，填补液体垫片可以在一定程度上抑制内孔损伤。收起

关键词 : 飞机装配复合材料填隙补偿力学性能有限元分析

5. 装配间隙对复材连接件力学性能影响研究

[学位论文] 朱晓玲大连理工大学 2020年硕士导师: 刘学术共79页

摘要 : 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... 展开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。收起

关键词 : 碳纤维复合材料装配间隙填隙材料力学性能

6. 虑及填隙装配的CFRP构件螺接性能研究

[学位论文] 杨宇星大连理工大学 2019年博士导师: 高航共141页

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

关键词 : 碳纤维增强复合材料构件螺接性能填隙装配飞机制造

7. 飞机复合材料构件装配间隙补偿研究

[学位论文] 张桂书南京航空航天大学 2015年硕士导师: 安鲁陵共88页

摘要 : 复合材料因其高比刚度、高比强度、抗疲劳、耐腐蚀等优异性能，在飞机结构中得到越来越广泛的应用。另一方面，复合材料构件制造精度不易控制，且复合材料构件基体较脆，层间强度较弱，强迫装配容易导致其内部结构损伤。研究飞机复合材料装配填隙补偿... 展开

关键词 : 复合材料构件飞机装配间隙填隙补偿应变应力有限元模型