接頭設計是飛機、汽車和艦船等復合材料結構工程應用的重要內(nèi)容。針對易發(fā)生次彎曲效應的復合材料單釘單剪機械接頭,建立含沉頭螺栓的機械接頭有限元模型,在試驗驗證模型有效性的基礎上,分析對比了層合板厚度對接頭擠壓失效和次彎曲的影響。發(fā)現(xiàn)了薄層合板接頭的擠壓失效載荷與厚層合板接頭的擠壓失效載荷相近。同時,在發(fā)生擠壓失效時,出現(xiàn)了薄層合板接頭的次彎曲現(xiàn)象沒有厚層合板接頭的次彎曲現(xiàn)象嚴重的現(xiàn)象�？紤]到工程中機械接頭一般設計為擠壓失效模式,本研究所發(fā)現(xiàn)的接頭失效特征可為工程結構充分發(fā)揮復合材料的減重潛力提供一定建議。 

【文章來源】：機械強度. 2020,42(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖1 層合板沉頭連接幾何示意

基于商用有限元軟件Abaqus建立三維有限元模型，對層合板單釘單剪機械連接進行分析。根據(jù)幾何模型所建立的有限元模型如圖2所示，模型中層合板采取厚度方向每鋪層一層實體單元的建模策略，層合板和鈦合金螺栓都采用C3D8單元。螺栓與層合板之間為金屬與復合材料的摩擦接觸，摩擦因數(shù)μ=0.3[12];螺栓與孔之間有摩擦接觸，摩擦因數(shù)μ=0.1。無沉頭孔的固定板一端施加固支邊界條件，此板稱為固定板;有沉頭孔一端沿X方向施加位移載荷，此板稱為沉頭板，并在螺栓上施加預緊載荷。為提高計算精度，對螺栓接觸區(qū)域進行網(wǎng)格細化。2.2 強度分析模型

基體失效采用Puck失效準則進行判斷。Puck失效準則基于對脆性斷裂的合理理解所形成，是一個斷裂面相關的強度準則，主要應用于基體失效的判斷[15]。Puck失效準則假定在復合材料上存在傾斜角為θ的斷裂面，如圖3，θ為平面繞1方向的旋轉(zhuǎn)角，取值范圍通常為-90°≤θ≤90°。如圖3所示，斷裂面上存在一組三維應力σn、σnt、σnl，為拉應力在斷裂面上的應力分量，分別是垂直于斷裂面的法向分量、在斷裂面上沿纖維方向和纖維橫向的剪切分量。這三個應力可能在此傾斜角為θ的平面上引起纖維間基體的斷裂。這樣層合板坐標系下的6個應力分量與斷裂面上的三個應力分量的關系可以表示為在如式(2)的三維應力狀態(tài)下，Puck失效準則中基體在拉伸和壓縮載荷下的失效參數(shù)fmt和fmc可以表示為[16]

【參考文獻】：
期刊論文
[1]復合材料厚板單釘螺栓連接強度研究[J]. 劉通,許希武,林智育.  機械強度. 2017(02)
[2]螺栓夾持填充孔復合材料層壓板層間應力分析[J]. 曹勇,馮蘊雯,姚雄華.  復合材料學報. 2015(02)
[3]復合材料螺接性能的影響因素研究[J]. 張岐良,曹增強.  航空學報. 2012(04)
[4]復合材料擠壓響應測試方法研究[J]. 肖娟,楊勝春.  航空制造技術. 2009(S1)

博士論文
[1]非線性本構在復合材料多釘螺栓連接結構中的應用[D]. 周銀華.西北工業(yè)大學 2016

碩士論文
[1]復合材料螺栓連接數(shù)值分析及次彎曲效應研究[D]. 蔡天舒.武漢理工大學 2010



本文編號：3605081