机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (7): 134-143.doi: 10.3901/JME.2025.07.134
王晨光1,2, 王海航1,2, 杨杰1,2, 凡志磊3, 周恩涛3, 葛恩德3, 安庆龙1,2, 陈明1,2
WANG Chenguang1,2, WANG Haihang1,2, YANG Jie1,2, FAN Zhilei3, ZHOU Entao3, GE Ende3, AN Qinglong1,2, CHEN Ming1,2
摘要: 碳纤维增强复合材料(CFRP)是先进飞行器中广泛使用的结构材料,其构件常通过机械连接应用于重要承力部位。这些结构在服役过程中需承受复杂的交变载荷,对其疲劳性能提出较高的要求。但CFRP构件中的结构孔在机械连接过程中易受螺栓的挤压作用,发生疲劳失效,影响飞行器的长期服役性能。针对上述问题,本研究提出一种CFRP孔挤压强化工艺,并通过仿真与实验结合的方式研究了挤压量对CFRP孔壁损伤和疲劳性能的影响,揭示了孔挤压工艺对CFRP/Ti连接件疲劳寿命的增益机理。研究结果表明,随着CFRP孔挤压量增加,挤压力不断增大,损伤也愈发严重。挤压量超过4%时发生严重损伤,损伤主要形式为0°层的纤维压缩断裂、90°层的纤维压弯断裂以及各层的基体压缩断裂损伤。孔挤压过程中压入的衬套可以降低CFRP/Ti连接件受载过程中螺栓对CFRP的挤压作用,减少应力集中,防止CFRP被压溃导致过早疲劳失效。挤压量为3%时,试样的疲劳寿命是普通试样的3.5倍,增益最为明显。挤压量过大所导致的过多初始损伤会使CFRP疲劳寿命增益受到抑制。
中图分类号: