復(fù)合材料T型接頭拉脫性能研究.pdf

1、復(fù)合材料輕質(zhì)高強(qiáng)廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的一體化設(shè)計,可以減少連接部件數(shù)及過渡地帶的附加質(zhì)量,是降低結(jié)構(gòu)重量、節(jié)約裝配的成本的有效的技術(shù)途徑。一體化設(shè)計大大減少了飛行器的結(jié)構(gòu)和工藝分離面,同時也對分離面的連接提出了更為嚴(yán)苛的要求,再者連接接頭又是整個結(jié)構(gòu)中最薄弱的環(huán)節(jié)。膠接是飛行器分離面連接的主要手段,所以膠接接頭設(shè)計是結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。飛行器蒙皮加筋結(jié)構(gòu)是一種典型的T型膠接接頭,是飛行器整體化結(jié)構(gòu)的重要組成部分其拉脫性能是這

2、種膠接接頭的關(guān)鍵性能之一。所以本文以此為背景開展T型膠接接頭的拉脫性能研究。
　　針對影響膠接接頭的因素本文開展了T700/TDE-85復(fù)合材料性能及膠黏劑選擇和工藝性能研究。得到T700/TDE-85復(fù)合材料體系單向板的拉伸強(qiáng)度為1890.80MPa、拉伸模量為139.78GPa、泊松比為0.3、斷裂延伸率為1.37％、層間剪切強(qiáng)度為78.67MPa。根據(jù)復(fù)合材料的層合板的各向異性、低的層間剪切強(qiáng)度、以及與復(fù)合材料的相容性選擇J

3、-133膠黏劑。為保證接頭足夠的強(qiáng)度,表面處理的方式為表面除脂結(jié)合機(jī)械打磨的方法,纖維方向可以為0°和45°方向,膠層厚度為0.2-0.3mm,室溫固化時間不少于7天。利用優(yōu)選的成型工藝參數(shù),按典型尺寸加工T型膠接接頭并測得其拉脫載荷為963.45N。T型膠接接頭在拉脫載荷作用下依次會出現(xiàn)初次響聲、初次載荷降低、可見開裂出現(xiàn)、拉脫極限載荷出現(xiàn),一般初次響聲出現(xiàn)在初次載荷降低之前。分析了兩種不同的模型對復(fù)合材料T型膠接接頭進(jìn)行有限元計算結(jié)

4、果。使用殼單元模型分析發(fā)現(xiàn),T型接頭的應(yīng)力集中區(qū)在腹板和蒙皮連接的中心區(qū)處,隨著軸向位移增大,應(yīng)力集中區(qū)的范圍變小但應(yīng)力值變大。對三角形填充區(qū)進(jìn)行定義并帶入等效的復(fù)合材料工程彈性常數(shù)建立實體模型,分析得到三角填充區(qū)的應(yīng)力集中明顯,會成為裂紋起始。半筋條與蒙皮進(jìn)行了脫膠分析,發(fā)現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)出現(xiàn)在單元邊界上,脫膠擴(kuò)展方向與連續(xù)的應(yīng)力集中區(qū)的方向垂直。引入內(nèi)聚力單元的實體模型可直觀的反映T型膠接接頭拉脫過程中力學(xué)性能的變化,可以在接頭設(shè)計及接