接頭設(shè)計(jì)是飛機(jī)、汽車和艦船等復(fù)合材料結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用的重要內(nèi)容。針對易發(fā)生次彎曲效應(yīng)的復(fù)合材料單釘單剪機(jī)械接頭,建立含沉頭螺栓的機(jī)械接頭有限元模型,在試驗(yàn)驗(yàn)證模型有效性的基礎(chǔ)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(yán)重的現(xiàn)象。考慮到工程中機(jī)械接頭一般設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)充分發(fā)揮復(fù)合材料的減重潛力提供一定建議。 

【文章來源】：機(jī)械強(qiáng)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(jī)械連接進(jìn)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(shí)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(fù)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(yù)緊載荷。為提高計(jì)算精度，對螺栓接觸區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化。2.2 強(qiáng)度分析模型

基體失效采用Puck失效準(zhǔn)則進(jìn)行判斷。Puck失效準(zhǔn)則基于對脆性斷裂的合理理解所形成，是一個斷裂面相關(guān)的強(qiáng)度準(zhǔn)則，主要應(yīng)用于基體失效的判斷[15]。Puck失效準(zhǔn)則假定在復(fù)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(yīng)力σn、σnt、σnl，為拉應(yīng)力在斷裂面上的應(yīng)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(yīng)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(biāo)系下的6個應(yīng)力分量與斷裂面上的三個應(yīng)力分量的關(guān)系可以表示為在如式(2)的三維應(yīng)力狀態(tài)下，Puck失效準(zhǔn)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]復(fù)合材料厚板單釘螺栓連接強(qiáng)度研究[J]. 劉通,許希武,林智育.  機(jī)械強(qiáng)度. 2017(02)
[2]螺栓夾持填充孔復(fù)合材料層壓板層間應(yīng)力分析[J]. 曹勇,馮蘊(yùn)雯,姚雄華.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2015(02)
[3]復(fù)合材料螺接性能的影響因素研究[J]. 張岐良,曹增強(qiáng).  航空學(xué)報(bào). 2012(04)
[4]復(fù)合材料擠壓響應(yīng)測試方法研究[J]. 肖娟,楊勝春.  航空制造技術(shù). 2009(S1)

博士論文
[1]非線性本構(gòu)在復(fù)合材料多釘螺栓連接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[D]. 周銀華.西北工業(yè)大學(xué) 2016

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



本文編號：3605081