论文名称：力热耦合的复合材料干涉连接结构松弛演化与失效机理

论文作者：西北工业大学/胡俊山

指导教师：张开富《研究领域：航空航天制造领域先进装配与连接、结构损伤与疲劳、智能制造技术与装备。》

复合材料因其轻质、高强等优异性能逐渐取代传统金属材料，成为航空结构的重要材料。复合材料零部件装配通常采用螺栓连接结构，通过干涉配合和侧向预紧工艺，在连接孔环向和周向配合界面形成残余压应力，从而改善连接结构的载荷传递形式，提升连接结构疲劳强度和服役性能。然而，干涉连接结构作为多元异质叠层结构，其内部的各构件力学性能差异大，连接界面在插钉和预紧过程中极易引起损伤。此外，服役时环境载荷与力载荷的耦合作用诱导干涉连接界面产生复杂的摩擦挤压行为，给连接结构的健康服役来带来安全隐患。

论文围绕力热耦合服役环境下的复合材料干涉连接结构松弛演化与失效机理开展研究，论文的主要成果与创新总结如下：

（1）提出了复合材料干涉连接结构往复式球-平面摩擦/挤压模型，实验模拟了螺栓与孔壁间的微动摩擦与挤压行为，探明了纤维排布方式、环境温度、螺栓表面处理工艺以及水油服役环境对干涉界面三维形貌、细观结构影响机制，揭示了干涉连接界面微动摩擦磨损机理和性状演化规律。

（2）考虑服役环境下界面摩擦和温度对紧固结构的影响，分别以线弹性和粘弹性本构表征装配预紧和服役松弛过程中螺栓与复合材料的即时响应与延迟反应行为，提出了耦合界面摩擦的干涉连接结构弹性预紧-粘弹性松弛模型，实现了干涉连接结构预紧作用与松弛规律参数化表征。

（3）对服役环境下的复合材料单搭接干涉连接结构装配与受载响应行为和结构承载性能开展了系统性试验研究，探明了干涉量、预紧力、铺层顺序、环境温度以及其耦合作用对干涉连接结构力学性能的影响，揭示了复合材料干涉构件在力热耦合作用下的损伤失效机理与性能退化规律。

（4）建立了复合材料唯象表征的非线性本构关系和三维连续损伤模型，以Ramberg-Osgood方程模拟复合材料基体带来的剪切非线性，分别以改进型的三维损伤准则和指数型材料参数退化方式模拟复合材料损伤萌生和性能退化行为，实现了具有初始装配损伤状态的复合材料干涉连接结构损伤演化与承载性能的准确预测。

论文研究成果为复合材料干涉连接结构提供力学性能分析与工艺优化基础理论方法，并形成了一套针对干涉连接结构装配工艺与服役性能的理论、实验、仿真评价体系，支撑新一代飞机型号的稳定可靠服役。