論文名稱：力熱耦合的復(fù)合材料干涉連接結(jié)構(gòu)松弛演化與失效機(jī)理

論文作者：西北工業(yè)大學(xué)/胡俊山

指導(dǎo)教師：張開富《研究領(lǐng)域：航空航天制造領(lǐng)域先進(jìn)裝配與連接、結(jié)構(gòu)損傷與疲勞、智能制造技術(shù)與裝備?！?/p>

復(fù)合材料因其輕質(zhì)、高強(qiáng)等優(yōu)異性能逐漸取代傳統(tǒng)金屬材料，成為航空結(jié)構(gòu)的重要材料。復(fù)合材料零部件裝配通常采用螺栓連接結(jié)構(gòu)，通過(guò)干涉配合和側(cè)向預(yù)緊工藝，在連接孔環(huán)向和周向配合界面形成殘余壓應(yīng)力，從而改善連接結(jié)構(gòu)的載荷傳遞形式，提升連接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度和服役性能。然而，干涉連接結(jié)構(gòu)作為多元異質(zhì)疊層結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部的各構(gòu)件力學(xué)性能差異大，連接界面在插釘和預(yù)緊過(guò)程中極易引起損傷。此外，服役時(shí)環(huán)境載荷與力載荷的耦合作用誘導(dǎo)干涉連接界面產(chǎn)生復(fù)雜的摩擦擠壓行為，給連接結(jié)構(gòu)的健康服役來(lái)帶來(lái)安全隱患。

論文圍繞力熱耦合服役環(huán)境下的復(fù)合材料干涉連接結(jié)構(gòu)松弛演化與失效機(jī)理開展研究，論文的主要成果與創(chuàng)新總結(jié)如下：

（1）提出了復(fù)合材料干涉連接結(jié)構(gòu)往復(fù)式球-平面摩擦/擠壓模型，實(shí)驗(yàn)?zāi)M了螺栓與孔壁間的微動(dòng)摩擦與擠壓行為，探明了纖維排布方式、環(huán)境溫度、螺栓表面處理工藝以及水油服役環(huán)境對(duì)干涉界面三維形貌、細(xì)觀結(jié)構(gòu)影響機(jī)制，揭示了干涉連接界面微動(dòng)摩擦磨損機(jī)理和性狀演化規(guī)律。

（2）考慮服役環(huán)境下界面摩擦和溫度對(duì)緊固結(jié)構(gòu)的影響，分別以線彈性和粘彈性本構(gòu)表征裝配預(yù)緊和服役松弛過(guò)程中螺栓與復(fù)合材料的即時(shí)響應(yīng)與延遲反應(yīng)行為，提出了耦合界面摩擦的干涉連接結(jié)構(gòu)彈性預(yù)緊-粘彈性松弛模型，實(shí)現(xiàn)了干涉連接結(jié)構(gòu)預(yù)緊作用與松弛規(guī)律參數(shù)化表征。

（3）對(duì)服役環(huán)境下的復(fù)合材料單搭接干涉連接結(jié)構(gòu)裝配與受載響應(yīng)行為和結(jié)構(gòu)承載性能開展了系統(tǒng)性試驗(yàn)研究，探明了干涉量、預(yù)緊力、鋪層順序、環(huán)境溫度以及其耦合作用對(duì)干涉連接結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響，揭示了復(fù)合材料干涉構(gòu)件在力熱耦合作用下的損傷失效機(jī)理與性能退化規(guī)律。

（4）建立了復(fù)合材料唯象表征的非線性本構(gòu)關(guān)系和三維連續(xù)損傷模型，以Ramberg-Osgood方程模擬復(fù)合材料基體帶來(lái)的剪切非線性，分別以改進(jìn)型的三維損傷準(zhǔn)則和指數(shù)型材料參數(shù)退化方式模擬復(fù)合材料損傷萌生和性能退化行為，實(shí)現(xiàn)了具有初始裝配損傷狀態(tài)的復(fù)合材料干涉連接結(jié)構(gòu)損傷演化與承載性能的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

論文研究成果為復(fù)合材料干涉連接結(jié)構(gòu)提供力學(xué)性能分析與工藝優(yōu)化基礎(chǔ)理論方法，并形成了一套針對(duì)干涉連接結(jié)構(gòu)裝配工藝與服役性能的理論、實(shí)驗(yàn)、仿真評(píng)價(jià)體系，支撐新一代飛機(jī)型號(hào)的穩(wěn)定可靠服役。