高性能碳纤维复合材料承力构件的二次损伤形成机制及其抑制策略研究

This research proposal, carries out the research on studying the formation mechanism of secondary damages and inhibiting strategy for them, aims to solve the problems and challenges of the easily caused secondary damages of high performance (such as T800) carbon fiber reinforced plastics (CFRPs) force loading components during their joining and assembling processes for aerospace industries applications. Distribution regularities of the assembly stress will be studied, the formation and propagation mechanisms of secondary damages in CFRPs can be deeply investigated. By studying the properties of shimming materials and their effects on the joining regions, the inhibiting law of them to the secondary damages will be analyzed. After exploring the reasonable range of assembly stress for shimming technology, a scientific and systemic secondary damages inhibiting strategy will be proposed finally. The research results of this proposal will be applied for seeking the optimal parameters of shimming process. It can provide theoretical basis and technological foundation for improving the current assembling technology, which are of certain academic and engineering significance for promoting the developments of high performance CFRPs in the field of aerospace.

本项目以航空航天高性能碳纤维复合材料承力构件高质量连接装配需求为背景，面向T800等碳纤维复合材料承力构件连接装配过程极易产生二次损伤的难题和挑战，开展复合材料二次损伤产生机制及其抑制策略研究。从装配应力分布规律入手，深入研究装配过程复合材料二次损伤的形成机制与扩展机理；通过研究填隙介质的性能以及对连接区变形的影响，分析填隙介质对二次损伤的抑制规律；探索需要填隙的合理装配应力范围，提出科学的抑制二次损伤策略，本项目研究成果将为寻求最优填隙补偿方案，改进现有装配工艺提供理论依据和技术基础，对于推动高性能碳纤维复合材料在航空航天领域的发展具有重要的学术意义和工程应用价值。

复合材料具有轻质高强等特性，可设计性强，在航空制造领域得到广泛应用。尽管复合材料成型工艺日趋成熟，各种新技术的发展使复合材料结构的完整性得到大大的提高，然而大型高性能碳纤维复合材料构件在制备和加工过程中仍会有尺寸误差和随机变形等问题，使其连接装配的配合面间难以自然贴合，而强迫装配产生的装配应力则会对具有高强度和高刚度的高性能碳纤维复合材料造成二次损伤从而降低其服役寿命。如何揭示大型复合材料配合面间的间隙和加工损伤的耦合作用以及二次损伤的演化规律，阐明连接装配过程中二次损伤产生机制，是实现大型复合材料构件高质量连接装配亟待解决的难题和面临的科学挑战。.本项目将在实验研究和数值仿真的基础上，分析并研究装配应力对二次损伤的影响规律、填隙介质对连接区的影响规律，提出抑制二次损伤的策略并对填隙补偿方案进行优化。研究内容与成果紧密结合我国未来发展的新型飞机对大型高性能碳纤维复合材料构件应用的需求，为改进现有装配工艺提供理论依据和技术基础，对推动复合材料在航空航天领域的发展具有重要的学术意义和工程应用价值。.针对高性能碳纤维复合材料构件连接装配过程极易产生二次损伤这一典型难题，从连接装配过程的力学行为入手，建立连接装配应力分布模型，分析装配应力的分布规律，探索二次损伤的演化规律，揭示二次损伤的形成机制和扩展机理，建立装配间隙补偿区域的细观结构刚度模型，阐明填隙介质对二次损伤的抑制规律，提出科学的抑制二次损伤策略，寻求最优填隙补偿方案，为实现高性能碳纤维复合材料构件的高质量可靠连接装配提供理论和技术基础。