手機(jī)直線：
咨詢熱線：0571-56211150
在過去的幾十年，碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料已經(jīng)在航空航天構(gòu)件得到廣泛得到應(yīng)用。以飛機(jī)制造業(yè)為例，最具代表的是空客公司Ａ380客機(jī)和波音公司787客機(jī)，Ａ380上僅碳纖維復(fù)合材料總用量占其結(jié)構(gòu)總量的25%左右，比競爭機(jī)型的能耗低12%；787客機(jī)估計(jì)復(fù)合材料用量可達(dá)50%，大幅減輕自身重量，與現(xiàn)有中程飛機(jī)相比，可以節(jié)約多達(dá)20%的燃油。因此采用CFRP構(gòu)件代替鋁合金構(gòu)件將成為飛機(jī)制造業(yè)的趨勢(shì)，其目的是節(jié)省金屬材料、減輕飛機(jī)重量和降低油耗。從飛機(jī)制造角度分析，不可避免出現(xiàn)CFRP構(gòu)件與Al合金構(gòu)件連接形式，連接主要有2種形式：膠接和機(jī)械連接。機(jī)械連接(如鉚接和螺栓連接)主要是通過連接孔和緊固件來連接，在連接處容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，導(dǎo)致連接失效，同時(shí)連接件的使用增加了結(jié)構(gòu)重量。而膠接不需要連接孔和緊固件，載荷分布區(qū)域大、結(jié)構(gòu)重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因此，膠接將逐步取代部分機(jī)械連接，而想要提高膠接接頭強(qiáng)度則對(duì)于膠接界面應(yīng)力和接頭強(qiáng)度研究就顯的尤為重要。
目前，大多數(shù)膠接應(yīng)力模型是二維，由于應(yīng)力在載荷方向比寬度方向的重要性大得多，分析法引入微分概念，分析得出搭接區(qū)域兩端的膠層剪切應(yīng)力最大，但是沒有考慮拉伸單搭接接頭時(shí)彎矩對(duì)接頭的影響；分析法考慮了偏心載荷、彎矩系數(shù)、剝離力等，對(duì)搭接區(qū)域膠接接頭膠層的剝離應(yīng)力和剪切應(yīng)力做了很好預(yù)測；然而分析法的局限性：①?zèng)]有考慮膠層應(yīng)力在厚度方向的變化性，而這對(duì)界面失效研究有著重要意義；②搭接區(qū)域端部不滿足邊界應(yīng)力自由條件，從而過高估計(jì)搭接端部的應(yīng)力，造成預(yù)測失效載荷過于保守；③對(duì)膠接件是復(fù)合材料不能做較好分析。大量研究者對(duì)理論解進(jìn)行了大量的改進(jìn)。對(duì)于剛度不平衡膠接接頭研究：趙波建立剛度非平衡膠接接頭應(yīng)力的二維彈性理論，研究膠層的應(yīng)力分布；采用非線性幾何分析復(fù)合材料膠接接頭，建立膠接件的位移和撓度，膠層的剪切應(yīng)力和剝離應(yīng)力的控制方程。運(yùn)用閉合形解的方法分析膠接接頭，解決大量超靜定的實(shí)際問題，分析接頭末端開裂、膠層的斷裂能。提出一種膠層的三參數(shù)彈性理論來分析膠接接頭的界面應(yīng)力，引入膠層橫向位移作為新的獨(dú)立參數(shù)，滿足搭接區(qū)域端部膠層剪切力為零的邊界條件；采用解析法分析復(fù)合材料/金屬平衡的膠接接頭，用經(jīng)典的層合板理論和膠接界面本構(gòu)模型來推導(dǎo)出膠層的剝離應(yīng)力和剪切應(yīng)力。
以上分析說明，對(duì)于膠接接頭的研究目前主要是王中強(qiáng)等：復(fù)合構(gòu)件膠接界面力學(xué)建模與強(qiáng)度有限元分析集中在金屬/金屬、復(fù)合材料/復(fù)合材料之間的膠接，而對(duì)于復(fù)合材料/金屬的膠接理論研究則相對(duì)較少。針對(duì)合金復(fù)合構(gòu)件膠接界面應(yīng)力做了深入研究，通過建立復(fù)合材料/金屬復(fù)合構(gòu)件膠接接頭的界面應(yīng)力模型，以膠粘劑合金膠接界面為對(duì)象，使用復(fù)合材料層合板的相關(guān)理論、膠接接頭的平衡方程、膠層的控制方程、膠接件的位移方程，同時(shí)考慮拉伸單搭接接頭，造成彎矩對(duì)膠接接頭的影響，使理論模型滿足搭接區(qū)域端頭處膠層剪應(yīng)力為零等所有邊界條件。
為了更好地獲得搭接接頭端部應(yīng)力分布，在這個(gè)區(qū)域采用精細(xì)的網(wǎng)格劃分。給出了膠接界面剝離應(yīng)力和剪切應(yīng)力隨著搭接區(qū)域長度變化的曲線。從圖中可以看出：①剪切應(yīng)力、剝離應(yīng)力的理論模型解與有限元解曲線，搭接接頭左端精細(xì)網(wǎng)格劃分吻合得比較好，說明理論模型是正確的；②有限元分析膠層上表面和下表面的剝離應(yīng)力曲線幾乎重合，表明了在理論模型推導(dǎo)前假設(shè)在膠層厚度方向剝離理論模型與有限元分析膠接界面應(yīng)力分布對(duì)比應(yīng)力不變的條件是正確的；③膠層的應(yīng)力分布不均勻，尤其在搭接區(qū)域兩端均出現(xiàn)應(yīng)力的峰值；④膠接界面應(yīng)力分布左右不再對(duì)稱，搭接區(qū)兩端附近的應(yīng)力都是由零增加到峰值，滿足了邊界條件為零的應(yīng)力。對(duì)于膠接界面應(yīng)力分布左右不再對(duì)稱，原因是合金膠接接頭是不平衡膠接接頭即在ｘ方向上板的彈性模量大于合金的彈性模量，從而搭接接頭左端膠層應(yīng)力小于右端膠層應(yīng)力。
專業(yè)從事有限元分析公司│有限元分析│CAE分析│FEA分析│技術(shù)服務(wù)與解決方案
杭州那泰科技有限公司
本文出自杭州那泰科技有限公司www.yw15777.cn，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處和相關(guān)鏈接！