配合间隙对陶瓷基复合材料连接结构高温拉伸性能的影响

2021-04-26赵淑媛蒲泽良

导弹与航天运载技术 2021年2期

吕超，李锋，赵淑媛，孙茜，蒲泽良

（1.中国航天空气动力技术研究院，北京，100074；2.哈尔滨工业大学特种环境复合材料技术国家级重点实验室，哈尔滨，150080；3.中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所，沈阳，110035）

0 引言

在复合材料机械连接结构中，沉头螺栓连接结构因具有外表面光滑且传递载荷平稳等优势而广泛应用于航空航天飞行器结构领域，特别是具有平滑气动外形及隐身性能要求的飞行器蒙皮结构。然而，由于连接材料的不连续或结构形状的间断，导致沉头螺栓紧固件孔周产生复杂的应力集中，从而显著降低复合材料连接结构的承载效率。因此，沉头螺栓连接件的强度分析与设计对提高结构承载效率及维护结构完整性起着至关重要的作用，成为飞行器结构设计中的关键技术[1～4]。目前，针对沉头螺栓紧固件对连接结构力学性能的影响研究大多集中于纤维增强树脂基复合材料机械连接结构[5～10]，而对于陶瓷基复合材料沉头螺栓连接结构力学行为及失效模式的相关研究还较少。本研究将采用Abaqus有限元软件对2D编织C/SiC陶瓷基复合材料与高温合金组成的沉头螺栓连接结构承受高温拉伸载荷时的渐进损伤失效过程进行模拟，研究不同豁口深度条件下间隙配合精度对连接结构高温拉伸性能的影响，并讨论了结构失效损伤扩展机制，所得结果为陶瓷基复合材料与金属混合连接结构的高温结构分析与设计提供理论指导。