● 摘要
复合材料在飞机结构使用过程中开孔和螺栓连接是一种常见的结构形式，广泛地存在于各种实际结构以及结构试验中，在工作过程中需要承受一定的静载荷和疲劳载荷，其损伤失效机理及疲劳性能是设计人员关心的问题之一。
本文将跨尺度失效理论（MMF），加速试验方法（ATM）和渐进损伤分析(PDA)三种方法相结合，提出了一种可以预测复合材料长期疲劳寿命和失效过程的分析方法。对CCF300/5228A和CCF300/5228两种国产复合材料，分别进行了不同温度、加载速率下的开孔压缩、螺栓连接静载和疲劳载荷试验，对破坏过程、破坏形貌、破坏强度及疲劳寿命进行了对比分析，研究了基体树脂、单层厚度、几何尺寸的影响。结果表明试验结果和预测结果吻合良好，验证了本文方法的合理性。具体而言，本文的研究工作可归纳如下：
1. 采用改进的MMF失效准则区分基体的拉伸和压缩失效，提出了MMF/ATM细观临界值的求解方法；定义了疲劳损伤系数，采用线性累积损伤准则对疲劳失效进行累积；提出了MMF/ATM/PDA分析方法，建立了有限元分析的计算流程，并详细讲述了在ABAQUS中采用UMAT的实现过程。
2. 针对CCF300/5228A复合材料，进行了一系列的组分级和单层级试验，确定了基体的储能模量、时间-温度平移因子，玻璃化转变温度、纤维体积含量、单层模量和强度等参数；采用时间温度等效原理，基于单层板的试验结果构成了单层板的CSR和疲劳强度主曲线，并对其进行公式拟合；结合宏观模量和Chamis公式，反推得到材料的细观组分模量，确定了细观疲劳强度主曲线。
3. 对CCF300/5228A和CCF300/5228两种复合材料体系的开孔层合板，进行了不同试验温度、不同加载速率下的静载压缩和压-压疲劳试验，分析了单层厚度和基体材料对失效强度的影响；采用超声C扫描、扫描电镜SEM等试验手段，分析了开孔层合板压缩的失效过程；并采用MMF/ATM/PDA方法选取其中一组试件进行有限元模拟，对其失效过程和疲劳寿命进行了预测。
4. 对CCF300/5228A和CCF300/5228两种复合材料体系的层合板连接接头试件，进行了不同试验温度、不同加载速率下的静载和拉-拉疲劳试验，分析了单层厚度、基体材料、端距-孔径比E/D，板宽-孔径比W/D对其长期强度和破坏模式的影响规律。
5. 采用MMF/ATM/PDA方法，建立了复合材料连接接头在静载和疲劳载荷下的有限元模型。对复合材料层合板连接试验件在静载和疲劳载荷下进行了失效过程模拟，预测了静载强度和疲劳寿命。
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