對(duì)碳/碳（C/C）編織復(fù)合材料雙剪螺栓連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)與數(shù)值研究。在拉伸載荷下對(duì)C/C編織復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)的擠壓接強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試,分析堆疊順序、開孔直徑和預(yù)緊力對(duì)失效模式和擠壓強(qiáng)度的影響,得到C/C編織復(fù)合材料雙剪螺栓連接結(jié)構(gòu)的失效模式,給出結(jié)構(gòu)的失效機(jī)制。采用ABAQUS建立連接結(jié)構(gòu)的非線性接觸模型,利用墊片升溫法實(shí)現(xiàn)螺栓預(yù)緊力,采用VUMAT子程序建立基于應(yīng)變的Hashin破壞模型,該模型可效預(yù)報(bào)C/C編織復(fù)合材料雙剪螺栓連接結(jié)構(gòu)的漸進(jìn)損傷、失效模式及擠壓強(qiáng)度。利用該分析模型,給出C/C編織復(fù)合材料雙剪螺栓連接結(jié)構(gòu)的鋪層方式和幾何尺寸設(shè)計(jì)參考值,并繪制了該類材料雙剪螺栓連接結(jié)構(gòu)的破壞包線圖。 

【文章來源】：機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2020,56(18)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

/C編織復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)擠壓試驗(yàn)設(shè)備及夾具

文諏?蛹??緊固件緊密配合，由緊固件傳遞載荷，載荷-位移曲線表現(xiàn)為明顯的線性關(guān)系，在此階段雖然可以聽到試件在加載過程中少量的清脆斷裂聲，但從載荷位移曲線中未觀察到明顯的剛度衰減；③衰減段，BC段為衰減段，在此階段可以聽到較多的清脆斷裂聲，且載荷位移曲線有明顯的衰減，載荷-位移曲線在此階段達(dá)到極值；④失效段，C點(diǎn)之后的階段為結(jié)構(gòu)失效階段，在載荷下降過程中可以聽到密集的清脆斷裂聲。除試件B10-45-T0(圖3b)外，所有測(cè)試試件均有二次峰值點(diǎn)K(圖3a、圖3c)。圖3C/C編織復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)擠壓測(cè)試典型試件的載荷-位移曲線

機(jī)械工程學(xué)報(bào)第56卷第18期期542.2失效機(jī)理2.2.1擠壓破壞圖4為發(fā)生擠壓破壞(B10-0-T0)和拉伸破壞(B10-45-T0)的典型試件的破壞形貌。由圖4a中可以觀察到試件發(fā)生擠壓破壞，主要表現(xiàn)為擠壓區(qū)域發(fā)生大量的纖維斷裂，并伴有大量的材料堆積。圖5為擠壓試件B10-0-T0在載荷位移曲線C點(diǎn)與K點(diǎn)對(duì)應(yīng)的破壞形貌。圖中可觀察到試件在兩次峰值后擠壓平面均有纖維斷裂、纖維屈曲與分層發(fā)生。在一次峰值時(shí)，損傷區(qū)域的寬度大約是墊圈約束區(qū)域的2倍，在試件達(dá)到二次峰值后損傷區(qū)域向板端延伸，從損傷的數(shù)量到損傷的區(qū)域都有顯著的增加。圖4C/C編織復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)擠壓測(cè)試失效模式圖5C/C編織復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)擠壓測(cè)試典型試件B10-0-T0破壞形貌試件(B10-0-T0)發(fā)生擠壓破，是連接在載荷作用下擠壓區(qū)材料漸進(jìn)失效的過程。首先，螺栓與復(fù)合材料板的孔壁接觸，隨著載荷增加孔壁最先發(fā)生基體裂紋并不斷向擠壓區(qū)擴(kuò)展(圖6a)；接著，復(fù)合材料板會(huì)有少量基體裂紋、纖維斷裂與纖維屈曲(圖6b)，由于墊片提供側(cè)向約束墊片下不會(huì)發(fā)生大規(guī)模的分層破壞；最后，損傷擴(kuò)展至墊片約束范圍外，C/C復(fù)合材料在擠壓區(qū)域發(fā)生大量的分層破壞(圖6c)，導(dǎo)致最終結(jié)構(gòu)整體失效。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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