复合材料厚板多钉连接强度研究

发布时间：2020-09-14 16:16

　　复合材料由于其出色的材料力学特性,目前得到了广泛的应用。在飞机结构设计中连接设计不可避免且始终是结构设计的关键环节。随着复合材料逐渐应用于主承力结构,需要连接的板更厚和钉径更大,连接区的受力也更为复杂。由于载荷在厚度方向的不均匀性,造成螺栓的弯曲变形和孔边应力随厚度方向的分布不均,导致原有的薄板二维有限元和理论分析方法在对厚板分析时会产生一定的误差。复合材料-金属厚板多钉机械连接的强度研究具有相当的理论意义和应用价值。本文采用试验研究、文献参考和数值模拟相结合的办法,分别针对复合材料-金属厚板双钉单剪和多钉单剪机械连接结构的强度开展研究工作,主要研究内容如下:(1)开展了复合材料-金属双钉单剪挤压强度试验,分析试件的破坏模式,得到试件的承载能力;基于ABAQUS软件平台建立复材/金属双钉单剪结构三维渐进损伤分析模型,与试验对比验证了模型的有效性和正确性,讨论了厚度、孔距等参数对钉载分配、破坏模式和结构连接强度的影响。(2)建立螺栓对称分布多钉单剪连接结构三维渐进损伤分析模型,研究了多钉单剪连接结构的破坏模式与钉载分配,讨论了厚度对连接强度、钉载分配和破坏模式的影响以及横向和纵向孔距对多钉单剪连接结构的连接强度的影响。(3)建立螺栓交错分布多钉单剪连接结构三维渐进损伤分析模型,研究了多钉单剪连接结构的破坏模式与钉载分配,讨论了厚度对连接强度、钉载分配和破坏模式的影响,对比了螺栓对称分布与螺栓交错分布连接结构的连接强度的差异,讨论了螺栓分布方式对结构连接强度的影响。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB33
【部分图文】：

在航,复合材料,历程

拥有普通材料所不具备的性能要求，提高了材料的可设计性具有强度高、模量大、可设计性强等特点，已广泛运用于机械、汽车、船舶等诸多领域，取得了长足的发展。特别是在航空空器的重要组成材料之一，其在结构中所占的比例越来越高。些次要受力位置，减重效果较低，随着飞机结构的发展，复合力结构，且减重效果也明显提升，可以减轻 20%~30%的重量。了复合材料作为结构部件。21 世纪前十年最先进的民用飞机分者复合材料质量占结构总质量的比例都具有划时代的意义，在空构用量的 30%，而波音 787 客机复合材料的使用比例则是达到的用量更是高达 52%。前不久刚首飞成功的国产大型客机 C919 民机型号，据统计C919里面复合材料构件的质量占结构总质量件比如机身和平垂尾等部件都是用了高性能碳纤维复合材料，高复合材料的比例。复合材料的使用比例已经成为评价飞机结 1.1 为复合材料在航空器上使用的发展历程。

厚板,和中

大多应用于飞机结构中的主承力部分。胶结具重也具有一定的优势，但是其受力较分散，承载能力小的小的部位。有学者研究过复合材料与金属焊接连接，通过和金属板表面形成微小金属的共固化接头，但这项技术目工程应用当中[5]。所以在复合材料整体结构化设计当中，的螺栓连接结构就显得十分有意义。发展，复合材料螺栓连接结构设计越来越重要，由于复合难度也大大增加，特别是复合材料的质量和力学性能的不合材料在飞机结构中的比例大大提高，已经不仅仅运用在飞机的主承力结构上，且复合材料板的厚度也越来越厚。体划分，有学者进行了具体归纳。薄板是指厚度值在 4mm]；中厚板是指范围超过薄板的定义，但厚度小于 20mm，且板定义的称为超厚板。根据上面的定义，当板料的宽度比厚板和厚板；当板料的宽度较小时，则采用跨厚来区分中1.2 所示[7]。

曲线,余弦,变化特征,曲线

件的试验结果对上述应力集中系数确定一性、不均匀性、非线性和损伤等材料特性层的层压板，用 Hart-Smith 方法进行连接比过大时计算结果的精度非常差。且减缩，它不仅是材料和铺层的函数，和其他因无论承受拉伸载荷还是压缩载荷，螺栓孔析结果过于保守，产生结构质量过大等问特征曲线方法最早是由 Whitney 和 Nuism开孔材料拉伸失效。后来 Chang[42~47]等人上面，目前复合材料的失效分析上经常用Rot，其中 Roc为压缩特征长度，Rot为拉伸合板拉伸和压缩试验获得的。图 1.3 为按余位置，当特征线上某一点的应力满足失效

【参考文献】