项目名称: CFRP构件与Al合金构件胶接界面特性与失效机理研究

项目编号: No.50805119

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2009

项目学科: 金属学与金属工艺

项目作者: 张开富

作者单位: 西北工业大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 摘要:为了省材、减重、节能,飞机、航天飞行器等逐渐采用CFRP(碳纤维复合材料)代替Al(铝)合金,连接方法从铆接、螺接等机械连接转变为胶接,从而出现CFRP构件与Al合金构件胶接的新结构,其特性参数与失效机理是该结构的可靠、安全设计的决策依据。因此,本项目基于复合材料力学、小应变弯曲梁理论及断裂力学等理论,建立静载荷以及动载荷作用下接头胶层应力分布模型。通过理论分析、实验研究和计算仿真,预测固化过程中产生的残余应力,揭示残余应力对胶接结构疲劳寿命的影响,以此为基础提出一种消除CFRP/Al合金胶接复合构件残余应力的方法;揭示疲劳行为过程中接头胶层裂纹萌生、扩展机理,在此基础上基于损伤/容限思想预测接头裂纹扩展寿命;最后基于接头工艺参数及动载荷对接头强度及寿命的影响关系,实现胶接界面的优化设计。该项研究不仅补充和丰富了先进装配与连接理论与方法,而且对飞机、航天飞行器等的优化设计与制造具有重要的科学意义和应用价值。

中文关键词: 胶接界面;胶层应力;疲劳特性;失效;优化设计

英文摘要: In order to reduce weight and save both material and energy, CFRP (carbon fiber composite materials) gradually takes the place of Al (aluminum) alloy in the aircraft and spacecraft. The connection methods, such as the riveting, bolted connection, turn into bonding with the new structure consisted of the CFRP and Al alloy components. Given that the bonding characteristic parameters of the structure and failure mechanism are the critical reliable, safe design basis for decision making, this project is based on composite materials, mechanics, small strain curved beam theory and fracture mechanics theory, building a static load and dynamic load stress distribution under the model adhesive joints. Using the theoretical analysis, experimental research and computer simulation to predict the residual stress generated in the curing and reveal the residual stress on the structure of fatigue life, is proposed as a basis for elimination of CFRP / Al alloy composite bonding residual stress component method. Revealing the process of fatigue behavior of adhesive joints crack initiation and expansion mechanism. And then proposing the joints crack growth life prediction model based on the basis of damage / tolerance thinking. Finally realizing the optimal design of the adhesive interface based on the impact of process parameters and dynamic load on the joint strength and life. This research not only supplements and enriches the advanced assembly methods and connect theory, but also has important scientific significance and application value in the optimization design and manufacture for aircraft and spacecraft.

英文关键词: bonding interface; layer stress; fatigue; failure; optimization

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