褶皱夹芯结构的静/动态连接研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yunlian123
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在航空航天领域,轻质是飞行器设计者们始终追求的目标之一。在满足结构强度的要求下,结构的轻质化意味着航天器可以挑战更高的承载要求,具有更高的稳定性。目前,为减轻飞行器的重量,轻质夹芯结构被广泛应用于飞行器的重要部件上。其中,褶皱夹芯结构以其优良的力学性能和带有流体通道的特点,被飞机制造公司设计为机身结构,具有广泛的应用前景。由于在实际应用中,褶皱夹芯结构不会作为一个单独使用的结构,而是与其他部件通过装配或紧固,作为一个整体来使用。因此,研究褶皱夹芯结构的静态连接具有实际的工程意义。动态连接实际上指的就是铰链,复合材料的动态连接指的是一种利用其自身变形来实现活动连接功能的新型铰链机构。人类在轻量化的过程中,所用材料从钢铁到铝合金,从铝合金到复合材料,在不断的替换中人们大幅度降低结构重量。时至今日,人们已经将许多整体部件使用复合材料替代。但是,仍有一些细节值得注意。铰链作为一个经常使用的连接结构,替换为复合材料,不仅能够减重,更可以避免金属锈蚀和电化学腐蚀。本文针对褶皱夹芯结构的动静态连接做了以下工作:针对褶皱芯子材料离散型大的特点,通过设计预埋镶嵌件的方式,对褶皱夹芯结构做局部补强,便于结构承担集中荷载。通过理论分析,预测了褶皱夹芯结构镶嵌连接在拉伸和剪切荷载作用下的失效模式。通过ABAQUS软件对褶皱夹芯面外拉伸进行了仿真研究,并于其他轻质夹芯板的法向连接强度进行比较。对于褶皱夹芯板的板间连接,本文对L型连接进行了研究,通过预埋螺母和碗形件,然后使用环氧树脂填充的方式设计了L型连接,通过ABAQUS建立了褶皱夹芯结构L型连接模型,并对L型连接的连接强度进行了分析和仿真。对于动态连接,提出了一种复合材料动态连接形式,使用Kevlar-PWF-TPU制作弱截面,使结构可在弱截面处形成铰链。本文通过有限元法对代表性体积单元进行弹塑性应力应变分析,得到了Kevlar-PWF-TPU的弹塑性性能,并且根据有限元法等效的弹塑性性能对动态铰链刚度进行了有限元分析。使用FESAFE对动态连接进行了疲劳分析。
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