间隙补偿及液体垫片参数对层合板单层与层间应力的影响

在飞机装配中,一般采用液体垫片对复合材料层合板构件之间较小的装配间隙进行补偿。以复合材料层合板机械连接中典型的单螺栓连接为对象,考虑强迫装配(未实施间隙补偿)与采用液体垫片实施间隙补偿两种情况,设计了层合板应变测量实验;其次,利用ABAQUS建立有限元模型并进行计算验证,有限元模型计算结果与实验测量数据的吻合度较好。根据建立的模型,研究了间隙补偿及不同液体垫片参数下,层合板的单层面内应力与层间应力的变化。有限元分析结果表明:相对于强迫装配,随着间隙的增大,液体垫片对于改善层合板的应力分布、减小应力幅值、增强抗分层能力的作用愈加显著;三代液体垫片对层合板各单层面内应力与层间应力的影响差异非常微小;大幅增加垫片弹性模量后,单层面内应力的影响效果将明显提升。

间隙补偿对单螺栓连接层合板轴向刚度的影响研究

在螺栓连接装配过程中,被连接件的轴向刚度会直接影响夹紧力的形成,以及不同工况下夹紧力的保持与衰退,对装配结构的可靠性与稳定性影响显著。由于受复合材料层合板本身的材料性质和成型工艺方法的限制,在层合板构件螺栓连接中,较小的装配间隙难以避免,飞机装配中一般采用液体垫片对层合板构件之间较小的装配间隙进行补偿。首先,以复合材料层合板单螺栓连接为研究对象,考虑强迫装配(未实施间隙补偿工艺)与采用液体垫片实施间隙补偿两种情况,利用ABAQUS建立有限元模型;其次,设计了层合板单螺栓连接结合面有效接触尺寸测量实验,有限元模型计算结果与实验测量数据的吻合度较好;最后,根据建立的模型,研究了间隙补偿及不同液体垫片参数下,层合板轴向刚度的变化。有限元分析结果表明:相对于强迫装配,随着间隙的增大,液体垫片会愈加显著地提高层合板的轴向刚度;在工艺规范的使用厚度范围内,垫片厚度的增加对层合板轴向刚度的提高具有更加明显的促进作用,同时,使用高弹性模量的液体垫片更有益于提高层合板的轴向刚度;建议0.05 mm及以上的装配间隙必须实施间隙补偿工艺。

液体垫片对复材-铝单搭接接头拉伸性能的影响

由于复合材料受本身性质以及成型工艺方法复杂性的限制,其构件的制造精度偏低,与铝合金构件装配时配合面间会产生装配间隙,而液体垫片可以很好地起到补偿效果。以复合材料-铝合金单搭接接头为研究对象,利用3D-DIC技术测量接头拉伸的实验过程,通过有限元分析与实验对比来研究强迫装配与液体垫片补偿对复合材料-铝合金单搭接接头拉伸刚度与峰值载荷的影响。研究表明:强迫装配时,接头拉伸载荷与刚度随着间隙的增大均减小;液体垫片补偿后,随着垫片厚度的增加,接头峰值载荷增大,拉伸刚度减小,但是与强迫装配时比较都增大。

液体垫片对复合材料装配结构应力和应变的影响

复合材料较复杂的成型工艺导致其构件的制造精度偏低。装配时,偏差会使配合面间产生装配间隙,当间隙超过一定的大小时,需要采取补偿措施,即用垫片填补间隙。基于一种简化装配模型,通过实验和有限元分析方法,研究了液体垫片对复合材料装配结构应力和应变的影响。通过比较强迫装配和液体垫片补偿两种情况下施加螺栓预紧力时构件表面的应变,分析了复合材料构件的变形。进行应力分析时,通过提取单元积分点应力分量计算构件的安全裕度,研究液体垫片对复合材料装配结构应力的影响。得出如下结论:强迫装配时,处在装配间隙边缘的区域受间隙影响相对严重,该区域发生较大的弯曲变形,构件中间部分由于局部贴合反而使装配间隙的影响相对较小;液体垫片在改善间隙边缘危险区应变状态的同时,也使构件中间贴合部位的螺栓头挤压区和部分非挤压区的应变增大,但总体而言,液体垫片的引入使应变分布趋于均匀;当装配间隙大于0.7mm后,液体垫片补偿对于构件安全裕度的提升作用明显下降。

液体垫片对复合材料单搭接螺栓接头力学性能的影响

复合材料构件由于存在制造误差,装配时常常产生间隙,消除间隙的一种基本手段是向其中填充液体垫片。以复合材料单搭接螺栓连接接头为研究对象,设计了拉伸实验,选取一种改进的失效准则与对应的材料退化准则建立了渐进损伤有限元分析(FEA)模型,在此基础上研究了液体垫片对复合材料单搭接接头强度、刚度等力学性能的影响及复合材料孔内损伤演化的过程,此外还研究了液体垫片孔边的应力-应变状态。由实验与有限元结果可以得出:随着液体垫片厚度的增加,接头的拉伸刚度与峰值载荷均有所降低;相同载荷下复合材料孔内损伤加剧,孔内单元产生初始损伤时对应的载荷降低;但液体垫片厚度的增加可以降低垫片孔边的应力与塑性应变峰值,并使其分布更加均匀化,改善液体垫片孔边受力状态。

填隙补偿对碳纤维/环氧树脂复合材料-铝合金装配结构力学性能的影响

碳纤维/环氧树脂复合材料和铝合金作为主要的航空材料,在飞机结构中存在着大量装配关系,但受成型工艺方法的限制,两种材料在制造和装配偏差的情况下,构件配合面间会产生装配间隙,当间隙超过一定大小时,需要采取填隙补偿措施。本研究基于实际结构抽象出碳纤维/环氧树脂复合材料-铝合金装配模型,使用装配试验台模拟施加螺栓预紧力,通过应变片实验比较强迫装配及垫片补偿情况下试件局部表面的应变分布,结合三维数字图像相关(3D-DIC)实验测得的试件表面应变场分析变形规律;通过有限元进行层间应力分析,提取内聚力单元各应力分量和损伤情况,研究填隙补偿对碳纤维/环氧树脂复合材料层间应力和局部损伤的影响。结合实验和仿真分析结果表明:强迫装配时,碳纤维/环氧树脂复合材料-铝合金试件主要受弯曲变形和螺栓头挤压的影响,且随着装配间隙的增大,各应变值均增大;垫片补偿在改善弯曲变形引起的应变状态的同时,也使中间贴合部位的螺栓头挤压区应变增大,但总体而言,垫片的引入使碳纤维/环氧树脂复合材料-铝合金试件表面应变分布趋于均匀,降低了碳纤维/环氧树脂复合材料损伤情况,且液体垫片补偿效果略好于可剥垫片。

空客A380飞机翼肋改装技术分析

对新一代飞机空客A380的翼肋改装项目进行分析,总结改装经验,为该项改装工作提供借鉴。