論文名稱：力熱耦合的復合材料干涉連接結構松弛演化與失效機理

論文作者：西北工業(yè)大學/胡俊山

指導教師：張開富《研究領域：航空航天制造領域先進裝配與連接、結構損傷與疲勞、智能制造技術與裝備?！?/p>

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

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

（1）提出了復合材料干涉連接結構往復式球-平面摩擦/擠壓模型，實驗模擬了螺栓與孔壁間的微動摩擦與擠壓行為，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)境對干涉界面三維形貌、細觀結構影響機制，揭示了干涉連接界面微動摩擦磨損機理和性狀演化規(guī)律。

（2）考慮服役環(huán)境下界面摩擦和溫度對緊固結構的影響，分別以線彈性和粘彈性本構表征裝配預緊和服役松弛過程中螺栓與復合材料的即時響應與延遲反應行為，提出了耦合界面摩擦的干涉連接結構彈性預緊-粘彈性松弛模型，實現(xiàn)了干涉連接結構預緊作用與松弛規(guī)律參數(shù)化表征。

（3）對服役環(huán)境下的復合材料單搭接干涉連接結構裝配與受載響應行為和結構承載性能開展了系統(tǒng)性試驗研究，探明了干涉量、預緊力、鋪層順序、環(huán)境溫度以及其耦合作用對干涉連接結構力學性能的影響，揭示了復合材料干涉構件在力熱耦合作用下的損傷失效機理與性能退化規(guī)律。

（4）建立了復合材料唯象表征的非線性本構關系和三維連續(xù)損傷模型，以Ramberg-Osgood方程模擬復合材料基體帶來的剪切非線性，分別以改進型的三維損傷準則和指數(shù)型材料參數(shù)退化方式模擬復合材料損傷萌生和性能退化行為，實現(xiàn)了具有初始裝配損傷狀態(tài)的復合材料干涉連接結構損傷演化與承載性能的準確預測。

論文研究成果為復合材料干涉連接結構提供力學性能分析與工藝優(yōu)化基礎理論方法，并形成了一套針對干涉連接結構裝配工藝與服役性能的理論、實驗、仿真評價體系，支撐新一代飛機型號的穩(wěn)定可靠服役。