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先進(jìn)的復(fù)合材料由于具有較高的比強(qiáng)度和比剛度，具有設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)異特性。而廣泛應(yīng)用于工程實(shí)際，由于其各向異性以及多模式的缺陷或損傷形式等，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的連接問題已成為研究的重復(fù)合材料結(jié)構(gòu)機(jī)械連接接頭的破壞模式主要有：被連接零件的擠壓、拉伸和剪切破壞，以及緊固件的剪切破壞等其中，拉伸和剪切破壞一般會(huì)造成零部件的突然失效，擠壓破壞是一個(gè)慢慢損壞的過程，不會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體承載能力的衰減因此，擠壓破壞是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中螺栓連接接頭的主要破壞形式端部約束的復(fù)合材料連接接頭是一個(gè)三維問題。
目前國外已經(jīng)對(duì)此開展了較多研究，Grutta等采用ABAQUS軟件對(duì)彎矩作用下的層合板螺栓連接接頭進(jìn)行了強(qiáng)度分析，Camanh等采用三維有限元模型，利用ABAQUS軟件對(duì)層合板螺栓連接接頭的破壞進(jìn)行了預(yù)測，結(jié)果表明接頭的夾緊力以及墊片與層合板之間的摩擦力對(duì)損傷的產(chǎn)生及增長有很大的影響，在SAMCEF程序中引入三維有限元模型，對(duì)含中心孔的復(fù)合材料層合板的損傷破壞進(jìn)行了分析結(jié)果表明，有限元網(wǎng)格對(duì)損傷預(yù)測的影響較小，而基于連續(xù)損傷力學(xué)的三維有限元模型可以較好地預(yù)測橫向基體開裂破壞模式的累積。采用MARC有限元分析軟件，考慮到多孔對(duì)接頭的影響，對(duì)單剪連接的層合板接頭強(qiáng)度進(jìn)行了分析。針對(duì)不同的端部約束，對(duì)雙剪連接接頭的擠壓失效問題進(jìn)行了研究Mora提出了分析準(zhǔn)各向同性含孔層合板拉伸強(qiáng)度的二維三維混合有限元模型分析表明，在孔附近，采用較為精細(xì)的三維單元，而遠(yuǎn)離孔處可采用二維單元進(jìn)行分析Gong等采用三維有限元分析技術(shù)，在準(zhǔn)則基礎(chǔ)上，對(duì)扭矩作用下的含缺口的層合板的初始損傷進(jìn)行了預(yù)測分析國內(nèi)在有關(guān)三維問題方面的研究成果，針對(duì)復(fù)合材料層合板的單排多釘雙剪聯(lián)接接頭，由于孔間距離會(huì)對(duì)接頭強(qiáng)度產(chǎn)生影響，采用三維有限元模型，利用ANSYS有限元分析程序?qū)宇^的靜強(qiáng)度進(jìn)行數(shù)值分析采用YamadaSun準(zhǔn)則預(yù)測了該接頭的破壞載截最后通過試驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值分析方法與結(jié)果的正確性。
雙剪聯(lián)接結(jié)構(gòu)多釘聯(lián)接接頭是工程中廣泛應(yīng)用的聯(lián)接形式鑒于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，可選取典型的3孔聯(lián)接接頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析T300/KH304復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)如圖所示圖中，端距e=20mm，孔徑d=63mm，w為板的寬度，為孔心間的距離從主鋪層45/90/0/-45/0/45/0/90/0，開始的輔助鋪層中，每兩層輔助鋪層的長度減少5mm，直至最外層，即45層為層合板的外表瓦輔助鋪層共12層，有6個(gè)階梳其中，蓋板和螺栓的材料，運(yùn)用有限元法對(duì)雙剪聯(lián)接結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值分析采用整體建模方法，對(duì)復(fù)合材料板采用八節(jié)點(diǎn)三維層狀單元，對(duì)金屬蓋板和螺栓采用八節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)棟對(duì)多釘聯(lián)接接頭劃分的有限元網(wǎng)格如圖所示，其中復(fù)合材料板共劃分為6096個(gè)單元，8739個(gè)節(jié)點(diǎn)，金屬蓋板共分為3600個(gè)單元，3548個(gè)節(jié)點(diǎn)，螺栓共分為8112個(gè)單元，7858個(gè)節(jié)點(diǎn)。本研究用此模型對(duì)3種不同孔心距離的雙蓋板結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析件為例，擰緊力矩為8Nm，拉伸載荷為200MPa，中間孔孔邊復(fù)合材料板主鋪層單元在單元坐標(biāo)系下的應(yīng)力分析結(jié)果如圖所示，由圖可見，其主要破壞模式與單釘聯(lián)接時(shí)基本相夙，不同之處在于，除主要破壞模式外，還伴隨有其他破壞模式的產(chǎn)生例如，層中剪應(yīng)力除了對(duì)孔邊造成擠壓破壞外，還可能產(chǎn)生凈拉伸破壞等在引起擠壓破壞模式的鋪層中，層的應(yīng)力最大，為973MPa。因此，復(fù)合材料板的擠壓破壞首先發(fā)生。
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