復(fù)合材料結(jié)構(gòu)多釘連接設(shè)計(jì)、分析與試驗(yàn)技術(shù)

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1、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)多釘連接設(shè)計(jì)、分析與試驗(yàn)技術(shù)Design，A舳lysisandTestTechnologyofCompositesJointWithMulti．FastenerConnectionStructure中航工業(yè)哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司劉忠獻(xiàn)海軍駐哈爾濱地區(qū)航空軍事代表室聶江郭璐璐[摘要】在理論研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用有限元法進(jìn)行復(fù)合材料多釘連接的載荷分配，并通過(guò)有限元法預(yù)測(cè)連接孔的擠壓強(qiáng)度，大大提高了分析的精度；同時(shí)利用非線性分析方法分析了復(fù)合材料對(duì)角接頭多釘連接的強(qiáng)度，并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，為復(fù)合材料主承力結(jié)構(gòu)連接強(qiáng)度設(shè)計(jì)、分析提供了依據(jù)，為復(fù)合材料在中、重型直升機(jī)上的應(yīng)用提供了參考

2、。關(guān)鍵詞：復(fù)合材料多釘連接有限元法【ABSTRACTlTheloaddistributionofthecompos-itesjointwithmulti—fastenerconnectionisstudiedbyusing矗niteelementmethodonthebasicoftheoreticalresearch．a(chǎn)ndthebearingstrengthofconnectionholeispredicted．TheanalysisaccuracyisgreatlyimproVed．Atthesametime，nonlinearmemodisusedtoanalyzethestrengt

3、hofcompositesdiagonaljointwithmulti-fastenerconnection，andtheresultsareVerifiedbytests．TheresuItsproVidethebasicforcompositesstmctureconnectionstrengthdesignandanalysis．ItalsoproVidereferencesforcompositesap-plicationonheaVyhelicopters．Keywords：CompositesMulti-fastenerconnec-tiOnFiniteelementmethOdD

4、oI：10．16080／j．issnl67l-833x．2015．0I／02．109在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于工藝和使用維護(hù)等方面的需要或限制，必須安排一定的設(shè)計(jì)和工藝分離面、維修口蓋和多種外掛接口等，所以這些部位的連接設(shè)計(jì)成為直升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。解決復(fù)合材料連接問(wèn)題，對(duì)減輕結(jié)構(gòu)重量、改善飛行器性能、促進(jìn)復(fù)合材料在航空航天及其他民用工業(yè)上的應(yīng)用具有重要意義。復(fù)合材料連接強(qiáng)度中一個(gè)比較關(guān)鍵的問(wèn)題是多釘連接載荷分配和孔擠壓強(qiáng)度的確定，以及復(fù)合材料對(duì)角接頭強(qiáng)度分析，本文對(duì)此進(jìn)行了分析、設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究。1復(fù)合材料多釘連接理論研究1．1多釘連接釘載分配有限元分析方法有限元方法是進(jìn)行多釘連接

5、釘載分配的一種有效方法，其優(yōu)點(diǎn)是既適用于多釘規(guī)則排列又適用于多釘非規(guī)則排列和復(fù)雜情況的連接。本文在有限元程序PATRAN／NAsTRAN基礎(chǔ)上開(kāi)展了應(yīng)用及二次開(kāi)發(fā)研究。傳統(tǒng)有限元方法求解釘載分配的要點(diǎn)是將釘視為釘元素，將釘元素的兩個(gè)端點(diǎn)置于被連接件的有限元網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上，并對(duì)兩個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo)有嚴(yán)格要求，否則會(huì)影響分析精度。本文采用FASTENER單元模擬螺栓，其兩個(gè)端點(diǎn)不需要是連接面上有限元網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)，而只需要在兩個(gè)面上就可以，當(dāng)定義FASTENER單元時(shí)提供需要連接的兩個(gè)面上連接區(qū)域的單元即可。FASTENER單元能夠承受拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切載荷，被連接件采用CQuAD4模擬。1．2承剪多釘連接

6、模擬分析在進(jìn)行承剪多釘連接模擬時(shí)，因?yàn)槁菟ㄖ饕惺苊婕羟休d荷，連接件承受面內(nèi)載荷，可以不考慮連接件的接觸問(wèn)題，重點(diǎn)是要模擬好釘元。承受面內(nèi)剪切載荷的多釘連接釘載分配有限元模型見(jiàn)圖l，螺栓呈3排3列分布，通過(guò)分析可知各列的載荷比例基本一致。圖1承剪多釘連接釘載分配有限元分析模型Fig．1FjniteeIementanalysismodeIOfmuⅢ·faslenerconneclionIOaddistrIbutiOn(1)受載孔周圍的細(xì)節(jié)分析。在釘載分配分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)建立受載孔周圍的細(xì)節(jié)分析的有限元模型，計(jì)算釘孔周圍的應(yīng)力應(yīng)變分布。受載孑L細(xì)節(jié)分析位移和應(yīng)力云圖見(jiàn)圖2。(2)破壞載荷預(yù)示。由

7、孑L邊細(xì)節(jié)應(yīng)力分析結(jié)果可以得到各個(gè)鋪層的應(yīng)力，將這些應(yīng)力代人所選的失效判據(jù)，就可以得到鋪層的破壞情況，從而判斷釘孑L的承載能力?。計(jì)算螺栓連接破壞的失效準(zhǔn)則——平均應(yīng)力準(zhǔn)則和蔡一希爾失效準(zhǔn)則，認(rèn)為離開(kāi)孔邊某一距離％之內(nèi)的平均應(yīng)力滿足失效準(zhǔn)則時(shí)，層壓板發(fā)生破壞。2015年第1／2期·航空制造技術(shù)109a)位移(h)應(yīng)力圖2受載孔細(xì)節(jié)分析位移和應(yīng)力云圖Fig．2DispIacementandstres