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复合材料层合板联接接头的强度分析

发布于:2016-11-17 21:27
强度分析

      先进的复合材料由于具有较高的比强度和比刚度,具有设计性强等优异特性。而广泛应用于工程实际,由于其各向异性以及多模式的缺陷或损伤形式等,复合材料结构的连接问题已成为研究的重复合材料结构机械连接接头的破坏模式主要有:被连接零件的挤压、拉伸和剪切破坏,以及紧固件的剪切破坏等其中,拉伸和剪切破坏一般会造成零部件的突然失效,挤压破坏是一个慢慢损坏的过程,不会导致结构整体承载能力的衰减因此,挤压破坏是复合材料结构中螺栓连接接头的主要破坏形式端部约束的复合材料连接接头是一个三维问题。
      目前国外已经对此开展了较多研究,Grutta等采用ABAQUSApp对弯矩作用下的层合板螺栓连接接头进行了强度分析,Camanh等采用三维有限元模型,利用ABAQUSApp对层合板螺栓连接接头的破坏进行了预测,结果表明接头的夹紧力以及垫片与层合板之间的摩擦力对损伤的产生及增长有很大的影响,在SAMCEF程序中引入三维有限元模型,对含中心孔的复合材料层合板的损伤破坏进行了分析结果表明,有限元网格对损伤预测的影响较小,而基于连续损伤力学的三维有限元模型可以较好地预测横向基体开裂破坏模式的累积。采用MARC有限元分析App,考虑到多孔对接头的影响,对单剪连接的层合板接头强度进行了分析。针对不同的端部约束,对双剪连接接头的挤压失效问题进行了研究Mora提出了分析准各向同性含孔层合板拉伸强度的二维三维混合有限元模型分析表明,在孔附近,采用较为精细的三维单元,而远离孔处可采用二维单元进行分析Gong等采用三维有限元分析技术,在准则基础上,对扭矩作用下的含缺口的层合板的初始损伤进行了预测分析国内在有关三维问题方面的研究成果,针对复合材料层合板的单排多钉双剪联接接头,由于孔间距离会对接头强度产生影响,采用三维有限元模型,利用ANSYS有限元分析程序对接头的静强度进行数值分析采用YamadaSun准则预测了该接头的破坏载截最后通过试验验证了数值分析方法与结果的正确性。
       双剪联接结构多钉联接接头是工程中广泛应用的联接形式鉴于结构的对称性,可选取典型的3孔联接接头结构进行分析T300/KH304复合材料层合板结构如图所示图中,端距e=20mm,孔径d=63mm,w为板的宽度,为孔心间的距离从主铺层45/90/0/-45/0/45/0/90/0,开始的辅助铺层中,每两层辅助铺层的长度减少5mm,直至最外层,即45层为层合板的外表瓦辅助铺层共12层,有6个阶梳其中,盖板和螺栓的材料,运用有限元法对双剪联接结构进行数值分析采用整体建模方法,对复合材料板采用八节点三维层状单元,对金属盖板和螺栓采用八节点实体单元划分网栋对多钉联接接头划分的有限元网格如图所示,其中复合材料板共划分为6096个单元,8739个节点,金属盖板共分为3600个单元,3548个节点,螺栓共分为8112个单元,7858个节点。本研究用此模型对3种不同孔心距离的双盖板结构进行强度分析件为例,拧紧力矩为8Nm,拉伸载荷为200MPa,中间孔孔边复合材料板主铺层单元在单元坐标系下的应力分析结果如图所示,由图可见,其主要破坏模式与单钉联接时基本相夙,不同之处在于,除主要破坏模式外,还伴随有其他破坏模式的产生例如,层中剪应力除了对孔边造成挤压破坏外,还可能产生净拉伸破坏等在引起挤压破坏模式的铺层中,层的应力最大,为973MPa。因此,复合材料板的挤压破坏首先发生。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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