● 摘要
现代高性能飞行器为了减轻质量、获得高的机动性能、提高结构的维护性和可靠性，大量采用先进复合材料。大量应用复合材料的关键技术之一是整体化的复合材料结构，其重点和难点是如何将两个及以上的结构元件连结为一体的连接形式。整体化复合材料Pi接头设计可以减少连接件和零件数量，避免机械连接对材料造成的破坏、降低连接过渡区附加质量和连接装配工作量，是节省结构重量及成本的有效技术途径。 本文应用有限元分析软件Abaqus，针对典型Pi接头结构建立三维有限元模型，提出了Pi接头内部应力分布的直观显示方法，阐述了Pi接头内部应力分布规律及传力路径，研究了不同失效准则对Pi接头初始强度预测的影响，通过与试验结果的比较分析，选用三维最大应力准则对Pi接头进行初始失效载荷预测，给出了Pi接头各部位初始破坏强度裕度，说明Pi接头内填料及与填料相连接处为接头承载薄弱部位。通过与拉伸载荷作用下Pi接头试验结果对比研究，说明本文所建立的分析模型能较好的预测Pi接头的力学性能。在此基础上，研究了结构形式、尺寸参数、材料参数、胶层位置以及铺层角度等因素对复合材料Pi接头初始破坏强度的影响。当结构中有一形层和U形层、具有较小的覆盖层长度、适当的铺层角度设计可以提高Pi接头的初始破坏载荷，并给出了复合材料Pi接头结构设计建议。本文的研究工作有利于深入了解复合材料Pi接头的力学性能，为复合材料Pi接头的结构设计提供理论参考。