机械工程学报

作者：王晨光, 王海航, 杨杰, 凡志磊, 周恩涛, 葛恩德, 安庆龙, 陈明

单位：1. 上海交通大学机械与动力工程学院 上海 200240;2. 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室 上海 200240;3. 中国商飞上海飞机制造有限公司 上海 200436

关键词：复合材料,孔挤压,挤压量,损伤,疲劳性能；

基金：国家自然科学基金(52375454)和国家商用飞机制造工程技术研究中心创新基金(COMAC-SFGS-2022-1969)资助项目。

碳纤维增强复合材料(CFRP)是先进飞行器中广泛使用的结构材料，其构件常通过机械连接应用于重要承力部位。这些结构在服役过程中需承受复杂的交变载荷，对其疲劳性能提出较高的要求。但CFRP构件中的结构孔在机械连接过程中易受螺栓的挤压作用，发生疲劳失效，影响飞行器的长期服役性能。针对上述问题，本研究提出一种CFRP孔挤压强化工艺，并通过仿真与实验结合的方式研究了挤压量对CFRP孔壁损伤和疲劳性能的影响，揭示了孔挤压工艺对CFRP/Ti连接件疲劳寿命的增益机理。研究结果表明，随着CFRP孔挤压量增加，挤压力不断增大，损伤也愈发严重。挤压量超过4%时发生严重损伤，损伤主要形式为0°层的纤维压缩断裂、90°层的纤维压弯断裂以及各层的基体压缩断裂损伤。孔挤压过程中压入的衬套可以降低CFRP/Ti连接件受载过程中螺栓对CFRP的挤压作用，减少应力集中，防止CFRP被压溃导致过早疲劳失效。挤压量为3%时，试样的疲劳寿命是普通试样的3.5倍，增益最为明显。挤压量过大所导致的过多初始损伤会使CFRP疲劳寿命增益受到抑制。

来源：2025年第7期

《机械工程学报》期刊编辑部

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