板厚对单钉单剪复合材料接头挤压强度和次弯曲效应的影响分析

发布时间：2022-01-23 20:17

　　接头设计是飞机、汽车和舰船等复合材料结构工程应用的重要内容。针对易发生次弯曲效应的复合材料单钉单剪机械接头,建立含沉头螺栓的机械接头有限元模型,在试验验证模型有效性的基础上,分析对比了层合板厚度对接头挤压失效和次弯曲的影响。发现了薄层合板接头的挤压失效载荷与厚层合板接头的挤压失效载荷相近。同时,在发生挤压失效时,出现了薄层合板接头的次弯曲现象没有厚层合板接头的次弯曲现象严重的现象。考虑到工程中机械接头一般设计为挤压失效模式,本研究所发现的接头失效特征可为工程结构充分发挥复合材料的减重潜力提供一定建议。 

【文章来源】：机械强度. 2020,42(02)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

图1 层合板沉头连接几何示意

基于商用有限元软件Abaqus建立三维有限元模型，对层合板单钉单剪机械连接进行分析。根据几何模型所建立的有限元模型如图2所示，模型中层合板采取厚度方向每铺层一层实体单元的建模策略，层合板和钛合金螺栓都采用C3D8单元。螺栓与层合板之间为金属与复合材料的摩擦接触，摩擦因数μ=0.3[12];螺栓与孔之间有摩擦接触，摩擦因数μ=0.1。无沉头孔的固定板一端施加固支边界条件，此板称为固定板;有沉头孔一端沿X方向施加位移载荷，此板称为沉头板，并在螺栓上施加预紧载荷。为提高计算精度，对螺栓接触区域进行网格细化。2.2 强度分析模型

基体失效采用Puck失效准则进行判断。Puck失效准则基于对脆性断裂的合理理解所形成，是一个断裂面相关的强度准则，主要应用于基体失效的判断[15]。Puck失效准则假定在复合材料上存在倾斜角为θ的断裂面，如图3，θ为平面绕1方向的旋转角，取值范围通常为-90°≤θ≤90°。如图3所示，断裂面上存在一组三维应力σn、σnt、σnl，为拉应力在断裂面上的应力分量，分别是垂直于断裂面的法向分量、在断裂面上沿纤维方向和纤维横向的剪切分量。这三个应力可能在此倾斜角为θ的平面上引起纤维间基体的断裂。这样层合板坐标系下的6个应力分量与断裂面上的三个应力分量的关系可以表示为在如式(2)的三维应力状态下，Puck失效准则中基体在拉伸和压缩载荷下的失效参数fmt和fmc可以表示为[16]

【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料厚板单钉螺栓连接强度研究[J]. 刘通,许希武,林智育.  机械强度. 2017(02)
[2]螺栓夹持填充孔复合材料层压板层间应力分析[J]. 曹勇,冯蕴雯,姚雄华.  复合材料学报. 2015(02)
[3]复合材料螺接性能的影响因素研究[J]. 张岐良,曹增强.  航空学报. 2012(04)
[4]复合材料挤压响应测试方法研究[J]. 肖娟,杨胜春.  航空制造技术. 2009(S1)

博士论文
[1]非线性本构在复合材料多钉螺栓连接结构中的应用[D]. 周银华.西北工业大学 2016

硕士论文
[1]复合材料螺栓连接数值分析及次弯曲效应研究[D]. 蔡天舒.武汉理工大学 2010



本文编号：3605081