基于参数化方法的层合板单钉连接结构承载特性研究
发布时间：2020-12-27 12:26
基于Abaqus有限元分析平台,采用三维累积损伤理论和Yamada-Sun失效准则对层合板单钉连接结构的失效过程和承载特性进行了数值模拟,模拟结果与试验结果一致性较好。借助于Python语言和自编程序提出了一种层合板单钉连接结构三维有限元建模的参数化实现方法。该方法可以实现建模→分析→后处理的整个流程的自动化,极大降低了前期建模的时间成本。最后研究了几何参数、紧固件参数、载荷因素对层合板单钉连接结构承载特性的影响,研究结果表明:选择合适的板件长度、端距-孔径比、宽度-孔径比,增大孔的直径、孔的粗糙度和螺栓的预紧力可以有效提高层合板单钉连接结构的承载能力。
【文章来源】：复合材料科学与工程. 2020年09期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
参数化建模流程
后处理数据的自动提取方法与前处理类似,Python语言录入后处理输出载荷-位移数据的过程,后台调用Abaqus即可实现后处理数据的自动提取。不同参数下Abaqus生成的有限元计算模型见图2,计算模型中层合板连接螺栓用刚体模拟,层合板材料为T700/3234,材料参数见表1,层合板用C3D8R单元模拟。螺栓与孔之间采用面面接触,法向定义为硬接触,切向定义为摩擦接触。层合板一端固支,对螺栓施加2 mm的位移载荷。表1 T700/3234材料参数Table 1 Material parameters of T700/3234 项 目 值 项 目 值 E11/GPa 128 Xt/MPa 2093 E22/GPa 8.7 Xc/MPa 870 E33/GPa 8.7 Yt/MPa 50 ν12 0.32 Yc/MPa 198 ν13 0.32 Zt/MPa 50 ν23 0.3 Zc/MPa 198 G12/GPa 4.0 S12/MPa 104 G13/GPa 4.0 S13/MPa 104 G23/GPa 4.0 S23/MPa 86
为实现上述失效判断和相应的刚度退化,采用Abaqus有限元软件的USDFLD用户接口将材料失效及刚度退化程序加入有限元分析中,模拟材料逐步失效过程。分析流程见图3,图中FVi代表材料某种失效状态下的场变量,在初始无损伤状态下,FVi=0,发生某种形式的失效后,对应的场变量FVi=1。若单元发生失效,则根据单元发生的具体失效形式,按照表2对材料刚度进行相应折减,并对场变量进行重新赋值,继续增大载荷,重复上面的过程,直至单元不能再承受任何载荷。当载荷足够大时,计算程序将自动终止,此时在载荷-位移曲线上可以看到载荷已经开始下降,由此可以预测结构的破坏载荷和失效模式。4 有限元模拟误差分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Python的Abaqus二次开发在层压板修理模拟中的应用[J]. 郭霞,关志东,刘遂,陈萍,刘佳,王欣晶,邱太文. 计算机辅助工程. 2013(04)
[2]过盈配合和预紧力的混合作用对复合材料机械连接结构的影响及其机制[J]. 陈昆昆,刘龙权,汪海. 复合材料学报. 2013(06)
[3]复合材料层合板单钉双剪连接挤压强度的一种工程估算方法[J]. 杨显昆,郑锡涛,成李南,杨杰. 复合材料学报. 2012(06)
[4]基于ABAQUS的三维四向编织复合材料参数化有限元建模[J]. 姜慧,李旭东,王刚. 甘肃科技. 2012(09)
[5]三维五向编织复合材料单耳接头强度分析[J]. 杨帆,郑锡涛,张建锋,吴立巍. 机械科学与技术. 2009(06)
[6]基于单层特征曲线法的复合材料机械连接接头强度分析[J]. 陈鹏飞,赵美英. 强度与环境. 2008(04)
[7]复合材料层合板机械连接结构累积损伤模型和挤压性能试验研究[J]. 张爽,王栋,郦正能,寇长河,章怡宁. 复合材料学报. 2006(02)
[8]复合材料层合板单排多钉双剪联接接头强度分析[J]. 崔海涛,温卫东. 航空动力学报. 2002(05)
本文编号：2941730
【文章来源】：复合材料科学与工程. 2020年09期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
参数化建模流程
后处理数据的自动提取方法与前处理类似,Python语言录入后处理输出载荷-位移数据的过程,后台调用Abaqus即可实现后处理数据的自动提取。不同参数下Abaqus生成的有限元计算模型见图2,计算模型中层合板连接螺栓用刚体模拟,层合板材料为T700/3234,材料参数见表1,层合板用C3D8R单元模拟。螺栓与孔之间采用面面接触,法向定义为硬接触,切向定义为摩擦接触。层合板一端固支,对螺栓施加2 mm的位移载荷。表1 T700/3234材料参数Table 1 Material parameters of T700/3234 项 目 值 项 目 值 E11/GPa 128 Xt/MPa 2093 E22/GPa 8.7 Xc/MPa 870 E33/GPa 8.7 Yt/MPa 50 ν12 0.32 Yc/MPa 198 ν13 0.32 Zt/MPa 50 ν23 0.3 Zc/MPa 198 G12/GPa 4.0 S12/MPa 104 G13/GPa 4.0 S13/MPa 104 G23/GPa 4.0 S23/MPa 86
为实现上述失效判断和相应的刚度退化,采用Abaqus有限元软件的USDFLD用户接口将材料失效及刚度退化程序加入有限元分析中,模拟材料逐步失效过程。分析流程见图3,图中FVi代表材料某种失效状态下的场变量,在初始无损伤状态下,FVi=0,发生某种形式的失效后,对应的场变量FVi=1。若单元发生失效,则根据单元发生的具体失效形式,按照表2对材料刚度进行相应折减,并对场变量进行重新赋值,继续增大载荷,重复上面的过程,直至单元不能再承受任何载荷。当载荷足够大时,计算程序将自动终止,此时在载荷-位移曲线上可以看到载荷已经开始下降,由此可以预测结构的破坏载荷和失效模式。4 有限元模拟误差分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Python的Abaqus二次开发在层压板修理模拟中的应用[J]. 郭霞,关志东,刘遂,陈萍,刘佳,王欣晶,邱太文. 计算机辅助工程. 2013(04)
[2]过盈配合和预紧力的混合作用对复合材料机械连接结构的影响及其机制[J]. 陈昆昆,刘龙权,汪海. 复合材料学报. 2013(06)
[3]复合材料层合板单钉双剪连接挤压强度的一种工程估算方法[J]. 杨显昆,郑锡涛,成李南,杨杰. 复合材料学报. 2012(06)
[4]基于ABAQUS的三维四向编织复合材料参数化有限元建模[J]. 姜慧,李旭东,王刚. 甘肃科技. 2012(09)
[5]三维五向编织复合材料单耳接头强度分析[J]. 杨帆,郑锡涛,张建锋,吴立巍. 机械科学与技术. 2009(06)
[6]基于单层特征曲线法的复合材料机械连接接头强度分析[J]. 陈鹏飞,赵美英. 强度与环境. 2008(04)
[7]复合材料层合板机械连接结构累积损伤模型和挤压性能试验研究[J]. 张爽,王栋,郦正能,寇长河,章怡宁. 复合材料学报. 2006(02)
[8]复合材料层合板单排多钉双剪联接接头强度分析[J]. 崔海涛,温卫东. 航空动力学报. 2002(05)
本文编号：2941730
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