【摘 要】
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由于易于拆卸和安装,故障检查和维修可操作性强,高承载能力和高载荷传递效率等诸多优点,螺栓组接头普遍应用于机械工程和航空航天工程领域。确定螺栓间的载荷分布是多螺栓连接失效分析中的重要步骤,而连接刚度的确定则是研究螺栓之间载荷分布的基础。不仅如此,随着动力机械的飞速发展,螺栓连接结构所受载荷日趋复杂,在振动环境下,螺栓连接刚度及强度的讨论对整体结构的动力学设计及减振能力的提升具有重要意义。本文旨在对切
【基金项目】
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国家自然科学基金项目:“基于振动疲劳耦合分析的含裂纹结构寿命预测(项目编号:51565039)”;
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由于易于拆卸和安装,故障检查和维修可操作性强,高承载能力和高载荷传递效率等诸多优点,螺栓组接头普遍应用于机械工程和航空航天工程领域。确定螺栓间的载荷分布是多螺栓连接失效分析中的重要步骤,而连接刚度的确定则是研究螺栓之间载荷分布的基础。不仅如此,随着动力机械的飞速发展,螺栓连接结构所受载荷日趋复杂,在振动环境下,螺栓连接刚度及强度的讨论对整体结构的动力学设计及减振能力的提升具有重要意义。本文旨在对切向加载下螺栓连接板的刚度及强度有关问题进行分析讨论,为飞机结构稳固性及可靠性的提高提供参考。主要工作如下:1)以单搭接三螺栓连接板为研究对象,分析了预紧力作用下螺栓接头的接触压力分布,讨论了切向受载时螺栓接头的剪切失效过程,基于失效过程建立了螺栓连接板的等效剪切解析刚度模型,利用有限元仿真讨论了解析模型的合理性。分析表明,螺栓连接板的等效切向刚度包含四个部分,即非栓接部板的抗拉刚度、栓接部板的抗拉刚度、螺栓刚度及接合面黏着刚度,各部分刚度的计算分别受不同设计参数及工况的影响。2)通过疲劳拉伸试验机,测试了单搭接三螺栓连接复合材料板的准静态拉伸和疲劳力学性能,分析了不同预紧力作用下复合材料螺栓连接板的承载能力、位移载荷响应、刚度响应、疲劳强度及失效模型,并推导了连接板的预紧力相关疲劳寿命模型。结果表明,切向受载时螺栓接头的剪切失效过程包含四个部分:高刚度的准线性阶段、刚度下降的滑移阶段、刚度回升的剪切变形阶段及刚度持续下降的损伤累积阶段,预紧力对准线性阶段的位移载荷响应及刚度响应影响显著,提高预紧力对连接板承载能力、疲劳强度及连接刚度的提升有有利影响。3)建立了单搭接三螺栓复合材料连接板的有限元渐进损伤模型,对比试验结果验证了模型的合理性,讨论了螺栓预紧力、摩擦系数、螺栓间距及孔隙等因素对螺栓连接强度的影响,并分析了螺孔周围的应力分布情况。
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