一种分析复合材料多螺栓连接件受力的数值解析方法

发布时间：2020-06-23 03:38

【摘要】：随着复合材料在航空和航天结构中应用的日益广泛，不可避免的出现了复合材料的连接问题。复合材料层合板的连接分为两类，一类为胶接，一类为机械连接。两种连接有都各自的优缺点。在飞机结构中，机械连接是传递力学载荷的主要方式。由于层合板中存在螺栓孔，容易引起应力集中而发生破坏。对机械连接条件下的复合材料板进行应力分析，可以说是可靠性设计的实质内容。由多螺栓连接的复合材料连接件，其应力分布受材料的各向异性、螺栓孔的位置、被连接板的几何尺寸、所施加的载荷、螺栓材料、螺栓与螺栓孔的间隙等因素的影响。 致力于用各向异性板复变函数解法中的势函数与变分原理相结合的方法，计算多螺栓连接条件下，均匀厚度的复合材料板单面连接或双面搭接时，在一定的力学载荷下，层板与螺栓的接触区域和接触应力，以及钉载分配。 本文方法为数值解析方法。所引用的复势函数为级数形式，由列赫尼茨基提出，它自动满足协调条件。在复合材料板上，每个螺栓孔边的位移和应力，都可以在局部坐标系下，通过形式相同的势函数表示出来。同时栓板的接触力和边界约束产生的力以级数表示。之后，应用最小势能原理，也就是势能的最小化：势能的一阶变分为零，使之满足连接板和螺栓的平衡条件、边界条件。根据每块板的和螺栓的平衡条件和边界条件，形成一个大型矩阵方程，求取该矩阵方程中的未知系数，然后根据迭代过程，使该矩阵方程的解收敛。据此可求出螺栓和连接板的接触应力和接触区域，以及螺栓间的钉载分配。 计算结果表明，该计算方法所得到结果是可以接受的。
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH131.3

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本文编号：2726739