金屬-復(fù)合材料機(jī)械連接熱接觸效應(yīng)研究.pdf

1、復(fù)合材料由于比強(qiáng)度高、比剛度大、易于設(shè)計(jì)成型等優(yōu)點(diǎn)從而廣泛應(yīng)用于航空航天業(yè)。在它的使用過(guò)程中存在與金屬材料發(fā)生連接的部位。金屬/復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的連接方式有機(jī)械連接（螺栓連接和鉚接）、膠接以及混合連接，其中螺栓連接適用于傳遞較高荷載或強(qiáng)調(diào)可靠性的部位，是最常用的連接形式。在螺栓連接情況下，金屬/復(fù)合材料連接件上由于金屬和復(fù)合材料熱性能的差異和各接觸面之間的熱阻，再加上溫度邊界條件的作用導(dǎo)致金屬-復(fù)合材料連接件上的溫度場(chǎng)不均勻分布。連接件受到

2、機(jī)械荷載和非均勻溫度荷載同時(shí)作用時(shí)，由于金屬材料和復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的差異，導(dǎo)致連接件應(yīng)力分布十分復(fù)雜，因此有必要對(duì)金屬和復(fù)合材料的接觸熱阻進(jìn)行深入細(xì)致的研究。
　　本文主要研究工作如下：
　　1.建立了兩種材料連接時(shí)的三維接觸峰隨機(jī)分布的接觸熱阻代表性體積單元模型。該模型采用計(jì)算細(xì)觀力學(xué)的方法，通過(guò)數(shù)值分析得到了代表性體積單元的穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)分布，并利用傳熱學(xué)理論計(jì)算兩種材料的等效接觸熱阻。
　　2.利用該模型研究了接觸

3、材料物性的差異、接觸界面粗糙峰特征、材料粗糙度對(duì)接觸熱阻的影響。研究結(jié)果表明接觸面積和材料粗糙度對(duì)接觸熱阻具有較大影響，粗糙峰越高，接觸熱阻越大；實(shí)際接觸面積越大，接觸熱阻越小。接觸界面內(nèi)的粗糙峰特征會(huì)對(duì)接觸熱阻結(jié)果造成影響。
　　3.針對(duì)鋁合金/碳纖維樹脂基復(fù)合材料螺栓連接形式，分別進(jìn)行了未考慮接觸熱阻和考慮接觸熱阻的熱分析，研究了接觸熱阻對(duì)連接件溫度場(chǎng)的影響。結(jié)果顯示，考慮了接觸熱阻的復(fù)合材料板溫度明顯低于不考慮接觸熱阻的復(fù)合

4、材料板溫度，而鋁合金板溫度場(chǎng)受接觸熱阻影響較小。考慮了接觸熱阻的螺栓溫度沿軸線方向線性變化，而未考慮接觸熱阻的螺栓溫度在鋁合金板區(qū)域保持高溫，在復(fù)合材料板區(qū)域內(nèi)沿軸線方向線性變化。
　　4.對(duì)鋁合金/碳纖維樹脂基復(fù)合材料螺栓連接件分別進(jìn)行了考慮接觸熱阻和不考慮接觸熱阻的熱力耦合分析，研究了接觸熱阻對(duì)連接件應(yīng)力分布的影響。結(jié)果顯示，接觸熱阻會(huì)對(duì)連接件各部位等效應(yīng)力分布和各接觸面的平均接觸應(yīng)力造成較大影響。
　　本文提出的計(jì)算雙