复合材料厚板螺栓连接挤压强度研究

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随着飞机结构的发展,复合材料已经被广泛地应用于飞机的主承力件设计中。在众多主承力件中,复合材料厚板螺栓连接形式是必不可少的一种结构形式。由于载荷分布在厚度方向的不均匀性,造成螺栓的弯曲和孔边应力沿厚度方向的分布不均,从而导致原有薄板二维有限元和理论分析方法在对厚板进行分析时会产生一定的误差。因此,对复合材料厚板螺栓连接性能的研究具有重要的理论意义和应用价值。本文采用试验研究与数值模拟相结合的方法,主要研究内容包括:(1)参照试验标准设计了单钉双剪试验件的夹具,选取T800S/BA9918复合材料层合板测试了不同铺层、连接方式、几何尺寸厚板试验件的螺栓连接挤压强度等性能参数。观察了试验现象和连接件的破坏模式,得到了一些结论。(2)基于ABAQUS商用有限元软件建立了复合材料厚板单钉双剪、单钉单剪和双钉单剪挤压强度的三维有限元的预测模型。模型采用三维Hashin失效判据,结合相应的材料性能退化准则,通过编写用户材料子程序实现了不同损伤类型的产生和演化。通过比较数值仿真和试验结果,验证了模型的合理性和有效性。(3)基于ABAQUS商用有限元软件建立了复合材料薄板单钉双剪挤压强度的二维有限元的预测模型,分析了二维模型随着层板厚度增加所带来的计算误差,讨论了二维模型对不同层板厚度问题的适用范围。同时基于三维模型讨论了不同螺栓模型、摩擦系数等对于连接件挤压强度的影响,并重点分析了层合板厚度对连接件强度的影响。(4)根据试验结果对Hart-Smith工程算法进行修正,得到适用于厚板领域的工程计算方法。
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