层压复合材料连接接头设计及其在大飞机中的应用

以机械联接接头应力分布的解析解为基础，以单向板纵向拉拉ｓｎ曲线为依据，按照孔边一定范围内逐层逐单元损伤直至破坏的物理本质，从宏观唯象观点出发，提出了一种寿命估算方法。同时，文中还给出了孔的永久变形与循环次数之间的拟合关系式。

提出基于单层的特征曲线法,对复合材料机械连接接头强度进行了分析计算。在基于单层的特征曲线法中,特征长度根据各层的受力特点用数值方法确定,不需要试验,通过对各层特征曲线位置处单元进行失效判断,确定接头的破坏载荷。通过算例分析可知,采用本文所提出方法所得的计算结果与试验值吻合很好,较基于层合板特征曲线法所得结果更精确,说明了该方法的有效性。

根据制作过程中胶层固化的时机,复合材料胶—螺混合连接接头可分为两种制作工艺。目前对两种工艺制作的胶—螺混合连接接头的研究中均存在传力机理不清,缺乏承载力计算方法等问题。对于两种工艺所制作的胶—螺混合连接接头,对比分析其承载变形过程中传力机理及胶—螺之间变形协调条件的差异。基于接头的传力机理及胶—螺之间的变形协调条件,分别推导此两种工艺所制作胶—螺混合连接接头各自的承载力计算方法。利用该方法对采用两种工艺分别制作的各一组接头试件进行承载力计算和试验对比,理论值与试验值吻合较好,验证理论分析的正确性。

随着我国科技实力与经济实力的不断进步,我国在飞行事业中也取得了重大的突破,飞机制造业得到了不断的提升.伴随着许多高新技术材料的发现,航空航天事业也在不断的前进.其中,碳纤维复合材料便是一种十分优秀的材料,这种材料的高强度,优良的导电导热性以及一些其他独有的优良性质使得其在飞机的制造当中用途十分广泛.目前的一些高端飞机产品当中的碳纤维复合材料占所用材料总数的一半以上.因此,本文就碳纤维复合材料在飞机中的应用进行简单的分析研究.

碳纤维复合材料(cfrp)在飞机结构上的应用,有利于提高我国航空航天产业的研发能力.更快的追上国际上先进国家的脚步,实现从追赶到超越的目标.加强我国的国际竞争力,增强我国的综合国力.

回顾了40年来碳纤维复合材料在飞机结构中的应用发展过程,从成本角度分析了影响其在飞机结构中扩大应用的障碍和现状,指出以碳纤维复合材料在空客a380、a350和波音787飞机中的大范围应用为代表,碳纤维复合材料技术已克服了成本障碍,为今后在更多领域高性能结构的大范围应用提供了可能,进入了大规模工业应用的新纪元。根据飞机结构使用碳纤维复合材料的经验教训,针对国内碳纤维发展现状,指出为扩大国产碳纤维在飞机及其他高性能结构中的应用,碳纤维生产企业应努力的方向:首先是保证产品质量的稳定性和可靠性,制订符合国际规范的材料标准和验收方法;其二应注重对碳纤维下游产品,即复合材料及其结构研制与评定,碳纤维是否能用于飞机结构,其主要依据是碳纤维对复合材料结构制造的适用性和相应的性能指标;同时应注意对复合材料结构设计技术的普及和人才培养。最后根据飞机结构完整性的要求,提出了对第二代碳纤维力学性能指标的某些建议。

本文论述了碳纤维复合材料的特性，分析了民用飞机复合材料选材原则，最后重点探讨了复合材料作为飞机结构的使用特性。

由于碳纤维复合材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀、耐疲劳、耐高温、比模量高以及尺寸稳定等优点被广泛地运用到了飞机制造业中。当前全世界几乎有超过50%的大型客机已经采用了这种新型材料，但是将该材料在轻型运动飞机结构中运用还处于初步阶段。本文笔者主要从轻型运动飞机的概述入手；探讨了当前我国碳纤维复合材料的发展现状；最后就碳纤维复合材料在轻型运动飞机结构中的应用进行了简单的探讨，希望为相关领域的研究者和工作者提供参考。

精益生产的核心理念在于消灭浪费和创造价值。近年来飞机零部件制造领域的竞争日趋激烈,精益生产的引入对企业减少资源浪费、提高生产效率、加强市场对接具有重要意义。因此,从事飞机复合材料零部件制造过程中,企业应当深刻领会精益生产的精神实质,科学制定生产计划,进而在各部门全面推行精益生产,并配合信息化管理与员工培训,使精益生产为企业带来全新的管理风貌。

将计算机模拟技术用于复合材料整体化结构的接头设计,如将预期功效定位于结构参数变化对结构行为的影响作用,可以起到很好的实际辅助作用。需要特别强调的是,具体的应用背景会对结构参数的形式和变化范围提出具体的要求或限制范围。因此,相关的模型和算法只有在与结构设计人员的反复互动过程中才能得到反复的完善,从而获得真正符合设计人员需求的使用效益。

碳纤维是一种具有十分优异力学性能的碳素材料,相较于其他高性能的纤维材料而言具有最高比强度和最高比模量,即使在超高温的情况下碳纤维的强度也不会发生降低,此外碳纤维材料还具有优良的导电导热性能和电磁屏蔽性能.由于碳纤维复合材料具有其他复合材料所无法比拟的性能而被广泛的应用于飞机制造业中,近年来新研发的高端飞机产品碳纤维复合材料的用量已高达50%以上.碳纤维复合材料在飞机上的广泛应用已经促进了航空航天事业的快速发展并取得了光辉业绩,而这一广阔的市场需求也将促进碳纤维工业的进一步发展.

相比其他的高性能纤维材料,碳纤维的力学性能是最为优异的,这种碳素材料最为显著的特征之一就是遇到超高温的情况,其强度也不会发生任何的变化.除此之外,它所具备的导电、导热性能等都是高性能纤维材料中最优越的,所以在进行飞机制造时,碳纤维就成为了首选的材料.随着社会的不断发展,近几年研发出来的高端碳纤维复合材料也变得越来越多,其用量已经达到了50%以上.由此我们可以看出,碳纤维不仅具有十分广阔的市场需求,同时它也在一定程度上促进了航空事业的快速发展.

分析了复合材料的组成、导电特性,以及与复合材料导电性相关的因素。介绍了航空设备中部分复合材料结构件的装配工艺方法,描述了这种方法可能对其电性能和emc性能的影响,并结合试验结果给出了工艺指导意见。

飞机复合材料构件设计、分析和制造数据集成

碳纤维复合材料在飞机结构中的广泛应用已经成为当前轻量化设计的主要趋势。随着复合材料生产工艺及设计技术的发展,合理确定并逐步提高复合材料设计值,对保障复合材料结构完整性前提下提高经济性意义重大。综述对飞机结构复合材料设计值的内涵进行了阐释,围绕飞机结构复合材料设计值的影响因素及其确定方法,回顾了国内外学者的研究成果。同时,总结了国内外飞机结构复合材料设计值确定理念的发展现状,探讨了进一步提高飞机结构复合材料设计值的研究方向。

作为在飞机结构中应用最广泛的复合型材料,它的应用前景非常好,随着社会发展对飞机结构复合材料的使用要求越来越高,飞机结构复合材料在不断的创新,不断的进步着。复合材料的设计值要跟随着复合材料的设计工艺需求可以适当的提高,它的提高可以在保障飞机结构复合材料完整的条件下,提高经济效益。本文就飞机结构复合材料设计的含义做了分析,对影响复合材料使用的因素以及使用方法和工艺做了描述,并且又对飞机结构复合材料的发展前景进行了展望。

胶接是复合材料结构主要连接方法之一,对胶接接头进行应力分析是保证复合材料安全性、耐久性的关键。在初步设计阶段,一般采用解析方法对胶接接头进行应力分析及参数研究。针对复合材料双搭接和单搭接胶接接头,在tsai等人的理论分析方法(tom方法)基础上,提出了一种改进的搭接接头剪应力分析方法,该方法考虑了被胶接件的剪切变形,认为被胶接件只有在靠近胶层的半个厚度上产生剪切变形,剪应力沿该半厚度呈线性分布。算例分析结果表明:本文方法比现有的分析方法更接近于有限元模拟结果,可用于估算复合材料胶接接头剪应力分布。

胶接是复合材料结构主要连接方法之一，在初步设计阶段，一般采用解析方法对胶接接头进行应力分析及参数研究。本文针对复合材料双搭接和单搭接胶接接头，在tsai等人的理论分析方法（tom方法）基础上，提出了一种改进的搭接接头剪应力分析方法，认为胶接件只有在靠近胶层的半个厚度上产生剪切变形，剪应力沿这个半厚度呈线性分布。分析结果比现有的分析方法更接近于有限元模拟结果。本文的方法可用于复合材料胶接接头参数优化设计。

螺栓连接接头压强计算值表2.2.2 接头尺寸螺栓规格螺栓紧固力矩（n?m）螺栓个数母线接头压强 （mpa） 125×125m20156.91～196.13411.01～13.96 125×100m1678.45～98.0748.46～10.50 125×80m1678.45～98.07410.79～13.47 125×63m1231.38～39.2347.12～8.90 125×50m1678.45～98.0728.46～10.50 125×45m1678.45～98.0729.48～11.85 125×40m1678.45～98.07210.79～13.47 100×100m1678.45～98.07410.79～13.48 1

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介绍了复合材料管件胶接接头的拉脱力测试条件及结果,分析了胶粘剂材料对铝合金接头,以及接头制造工艺对复合材料接头拉脱力的影响。结果表明,国产j-133胶粘剂剪切强度≥20mpa,铝合金接头的失效形式为复合材料管件胶接区的纤维层间剥离破坏,胶粘剂破坏载荷优于复合材料层间结合力;对于预浸料模压成形和三维编织rtm成形的复合材料接头,按使用状态安装m8铰制孔用螺栓进行拉脱力测试时,实验现象均为螺栓先发生弯曲变形,从而导致接头开孔处同时承受拉伸和挤压两种载荷,最终失效载荷基本相当,且均为接头开孔处破坏,接头制造工艺对复合材料接头拉脱力的影响可以忽略。所得结果可为产品设计和性能评估提供参考。

介绍了复合材料管件胶接接头的拉脱力测试条件及结果,分析了胶粘剂材料对铝合金接头,以及接头制造工艺对复合材料接头拉脱力的影响。结果表明,国产j-133胶粘剂剪切强度≥20mpa,铝合金接头的失效形式为复合材料管件胶接区的纤维层间剥离破坏,胶粘剂破坏载荷优于复合材料层间结合力;对于预浸料模压成形和三维编织rtm成形的复合材料接头,按使用状态安装m8铰制孔用螺栓进行拉脱力测试时,实验现象均为螺栓先发生弯曲变形,从而导致接头开孔处同时承受拉伸和挤压两种载荷,最终失效载荷基本相当,且均为接头开孔处破坏,接头制造工艺对复合材料接头拉脱力的影响可以忽略。所得结果可为产品设计和性能评估提供参考。