碳纖維蒙皮與肋板粘接過程的仿真分析.pdf

1、隨著復(fù)合材料在航空航天等工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，各種復(fù)合材料構(gòu)件之間的粘接變形問題也越來越突出。由于高度集中的瞬時(shí)熱輸入，在粘接過程中和粘接過程后將產(chǎn)生相當(dāng)大的殘余應(yīng)力和變形，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的使用性能和外觀，因此從彈塑性力學(xué)方面分析其粘接過程的收縮機(jī)理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上結(jié)合數(shù)值計(jì)算的方法，運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS對(duì)短翼模型中的碳纖維蒙皮與肋板的粘接過程進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模擬仿真，粘接劑用環(huán)氧樹脂，應(yīng)用基于ANSYS軟

2、件的粘接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的模擬分析方法，并對(duì)T型粘接進(jìn)行實(shí)際模擬。同時(shí)對(duì)粘接過程的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行進(jìn)一步的研究，了解粘接變形的產(chǎn)生過程。
　　首先簡(jiǎn)要敘述了粘接的基本原理、粘接工藝的一般過程。分析粘接有限元的特點(diǎn)，并對(duì)復(fù)合材料因粘接而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的種類和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。然后對(duì)粘接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的基本理論和數(shù)值分析方法進(jìn)行了闡述。在數(shù)值模擬計(jì)算過程中，使用ANSYS軟件中熱-結(jié)構(gòu)間接耦合功能。并在此基礎(chǔ)上求解非線性瞬態(tài)傳導(dǎo)

3、方程，推導(dǎo)出粘接彈塑性本構(gòu)關(guān)系。
　　其次基于溫度效應(yīng)的非線性有限元軟件ANSYS進(jìn)行介紹，闡述了材料非線性，溫度場(chǎng)的計(jì)算。在溫度場(chǎng)計(jì)算準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，將相應(yīng)的熱單元轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行粘接殘余應(yīng)力的計(jì)算。并分析了一個(gè)簡(jiǎn)單的熱-結(jié)構(gòu)耦合的算例。
　　最后對(duì)蒙皮與肋板粘接過程用ANSYS軟件進(jìn)行數(shù)值仿真，運(yùn)用生死單元的方法，將超過材料熔點(diǎn)的單元“殺死”，激活沒有超過熔點(diǎn)的單元，動(dòng)態(tài)的模擬環(huán)氧樹脂的溶化和凝固以及粘接部位的殘余應(yīng)力的