复合材料螺栓连接接头失效行为研究

发布时间：2017-11-02 21:17

  本文关键词：复合材料螺栓连接接头失效行为研究

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【摘要】：随着复合材料在航空结构件中的大量应用,复合材料的连接成为必不可少的重要环节,复合材料沉头螺栓连接的连接件表面光滑、能够平稳地传递较大载荷,逐渐成为航空结构连接件的首选连接方式。复合材料沉头螺栓连接的失效主要发生在接头连接处,因此研究复合材料沉头螺栓连接接头失效具有重要的意义。本文基于ANSYS和Laminate Tools两种软件相结合的方法,研究了复合材料沉头螺栓连接失效过程中失效准则和退化准则的定义,采用试验和有限元分析相结合的方法,在宏观方面采用复合材料沉头螺栓连接失效形式和位移载荷曲线以及微观方面采用孔周围断面扫描电镜照片和有限元分析的层间失效形式相比较两种方法,表征了复合材料沉头螺栓连接有限元算法的准确性。同时采用合适的有限元算法,对复合材料沉头螺栓连接进行了参数化分析。研究结果表明,本文提出的失效准则和退化准则定义可以用在复合材料沉头螺栓连接的有限元分析中。在宏观方面,表明了有限元和试验的失效形式相同,并且两种失效形式的位移载荷曲线形状相似、最大承载载荷的误差小于20%,在微观方面,表明了孔周围断面扫描电镜照片和有限元分析的层间失效形式相同,更进一步验证了算法的准确性。分别研究沉头(h/t)、螺栓直径(d)、螺栓预紧力和基础面之间的摩擦因子(μ)对复合材料沉头螺栓连接强度的影响,结果表明,随着沉头螺栓沉头比的增大,复合材料沉头螺栓连接强度先增大后减小,当沉头比为0.55时,复合材料沉头螺栓连接强度最大;随着螺栓直径(d)的增大,复合材料沉头螺栓连接强度逐渐降低,当螺栓直径的值为4mm时,复合材料沉头螺栓连接强度最大;随着复合材料沉头螺栓连接预紧力的增大,在没有发生层合板厚度方向上的失效时,复合材料沉头螺栓连接强度逐渐增大;随着接触面之间摩擦因子(μ)的增大,复合材料层合板孔周围没有发生沿拉伸方向上的失效时,复合材料沉头螺栓的连接强度,随着μ的增大也逐渐增大。
【关键词】：沉头螺栓连接 失效理论 有限元分析 验证 参数化分析
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 复合材料螺栓连接的研究现状及意义10-17
• 1.2.1 复合材料螺栓连接的研究现状10-15
• 1.2.2 复合材料螺栓连接的研究意义15-17
• 1.3 本文主要研究方法17-18
• 1.3.1 复合材料螺栓连接的层合板铺层结构设计17-18
• 1.3.2 复合材料螺栓连接的研究方法18
• 1.4 本文研究的主要内容18-20
• 第二章 复合材料螺栓连接接头失效理论研究20-33
• 2.1 引言20
• 2.2 复合材料螺栓连接的失效形式20-22
• 2.3 复合材料螺栓接头失效理论分析22-32
• 2.3.1 复合材料层合板理论22-24
• 2.3.2 失效理论24-25
• 2.3.3 求解过程25-26
• 2.3.4 失效准则26-31
• 2.3.5 退化准则31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 拉伸作用下单个沉头螺栓连接的强度分析33-71
• 3.1 引言33
• 3.2 ANSYS有限元分析与定义33-39
• 3.2.1 材料性能参数的确定33-37
• 3.2.2 材料失效准则37-38
• 3.2.3 材料退化准则38-39
• 3.3 复合材料沉头螺栓连接有限元分析39-44
• 3.3.1 建立几何模型39-40
• 3.3.2 铺层设计40-41
• 3.3.3 网格划分41
• 3.3.4 材料定义41-42
• 3.3.5 接触定义42-43
• 3.3.6 边界约束43-44
• 3.3.7 本节小结44
• 3.4 试验验证44-51
• 3.4.1 试验仪器与试验原材料45-46
• 3.4.2 试验测试方法46
• 3.4.3 本节小结46-51
• 3.5 复合材料沉头螺栓连接失效的参数化分析51-71
• 3.5.1 沉头比（h/t）对复合材料沉头螺栓连接失效的影响52-57
• 3.5.2 宽径比（w/d）对复合材料沉头螺栓连接失效的影响57-63
• 3.5.3 预紧力对复合材料沉头螺栓连接失效的影响63-67
• 3.5.4 接触面摩擦因子μ对复合材料沉头螺栓连接失效的影响67-70
• 3.5.5 本节小结70-71
• 第四章 结论与展望71-73
• 4.1 结论71-72
• 4.2 展望72-73
• 参考文献73-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文80-81
• 致谢81-82

【参考文献】

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本文编号：1133218