金屬-復合材料機械連接熱接觸效應研究.pdf

1、復合材料由于比強度高、比剛度大、易于設計成型等優(yōu)點從而廣泛應用于航空航天業(yè)。在它的使用過程中存在與金屬材料發(fā)生連接的部位。金屬/復合材料結(jié)構(gòu)的連接方式有機械連接（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/復合材料連接件上由于金屬和復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致金屬-復合材料連接件上的溫度場不均勻分布。連接件受到

2、機械荷載和非均勻溫度荷載同時作用時，由于金屬材料和復合材料熱膨脹系數(shù)的差異，導致連接件應力分布十分復雜，因此有必要對金屬和復合材料的接觸熱阻進行深入細致的研究。
　　本文主要研究工作如下：
　　1.建立了兩種材料連接時的三維接觸峰隨機分布的接觸熱阻代表性體積單元模型。該模型采用計算細觀力學的方法，通過數(shù)值分析得到了代表性體積單元的穩(wěn)態(tài)溫度場分布，并利用傳熱學理論計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接觸熱阻具有較大影響，粗糙峰越高，接觸熱阻越大；實際接觸面積越大，接觸熱阻越小。接觸界面內(nèi)的粗糙峰特征會對接觸熱阻結(jié)果造成影響。
　　3.針對鋁合金/碳纖維樹脂基復合材料螺栓連接形式，分別進行了未考慮接觸熱阻和考慮接觸熱阻的熱分析，研究了接觸熱阻對連接件溫度場的影響。結(jié)果顯示，考慮了接觸熱阻的復合材料板溫度明顯低于不考慮接觸熱阻的復合

4、材料板溫度，而鋁合金板溫度場受接觸熱阻影響較小?？紤]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，在復合材料板區(qū)域內(nèi)沿軸線方向線性變化。
　　4.對鋁合金/碳纖維樹脂基復合材料螺栓連接件分別進行了考慮接觸熱阻和不考慮接觸熱阻的熱力耦合分析，研究了接觸熱阻對連接件應力分布的影響。結(jié)果顯示，接觸熱阻會對連接件各部位等效應力分布和各接觸面的平均接觸應力造成較大影響。
　　本文提出的計算雙