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1、第23卷第10期航空动力学报Vol.23No.102008年10月JournalofAerospacePowerOct.2008文章编号:10008055(2008)10183507有拧紧力矩层合板接头静载损伤失效分析12王丹勇,温卫东(1.中国兵器工业集团第五三研究所,济南250031;2.南京航空航天大学能源与动力学院,南京210016)摘要:结合三维有限元分析技术,建立了有拧紧力矩工况下层合板接头静载损伤失效分析方法,模拟了不同尺寸类型层合板接头静载作用过程中损伤状况及内部各铺层损伤起始、发展与结构
2、最终破坏整个累积过程,同时获得其最终破坏强度及破坏模式,并对损伤机理形式及其相互关联作用进行了分析探讨.损伤计算结果与试验试样X光进行了对比分析,结果表明,预测结果与试验结果吻合较好.关键词:损伤失效;拧紧力矩;层合板接头中图分类号:V231.91;TB330.1文献标识码:ADamagefailureanalysisforcompositeboltedjointswithtighteningtorquesubjectedtostaticloadings12WANGDanyong,WENWeidon
3、g(1.Institute53ofChinaNorthGroupCorporation,Jinan250031,China;2.CollegeofEnergyandPowerEngineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,China)Abstract:Adamagefailuremethodwasdevelopedtopredictthestaticstrengthandfailuremodesofcompositebo
4、ltedjointsalongwiththreedimensionalfiniteelementtechnique.Thedamagestatusfordifferenttypesofjoints,thewholeprocessoffailureinitiation,propagationandcatastrophicfailureofthestructurewerealsosimulated.ThepredictedresultsandXradiographsofspecimenswerecompared.T
5、heresultsofexperimentsandsimulationareveryconsistent,showingthesuccessfulultimatestrengthsimulationcapabilityofthemodel.Keywords:damagefailure;tighteningtorque;compositesboltedjoint复合材料机械连接接头是连接结构件的关键拧紧力矩工况下,对其损伤失效进行预测分析,而部位,如何准确地预测连接部位强度以及失效模在工程实际应用中往往对连接螺栓施
6、加一定拧紧式与失效规律,对复合材料机匣结构设计是极为力矩.[811]重要的.一些研究人员对施加螺栓拧紧力矩纤维层合板接头损伤失效目前已有许多研究,但增强层合板接头应力分布及损伤破坏进行了研[13]其中基于平面应力假设模型、基于Whitney究,结果表明:施加拧紧力矩可减少安装孔周围层[4]和Nuismer提出的点应力与平均应力法以及结间法向拉伸应力,增加其法向压缩应力;适当施加[57]合损伤机理的累积损伤方法均在未施加螺栓拧紧力矩,可使层合板接头断口平滑;在螺栓孔周收稿日期:20071009;修订日期:20
7、071214作者简介:王丹勇(1973-),男,吉林通化人,博士,主要从事复合材料结构强度与寿命研究.1836航空动力学报第23卷围施加一定侧向限制,可明显提高其挤压强度;与析,模型建立在三维有限元基础上.由于层合板接螺栓连接及铆钉连接相比,无侧向限制的销钉连头在静拉伸过程中会出现明显大变形,因此应力接挤压强度最弱,施加拧紧力矩的螺栓连接挤压分析中考虑了几何大变形产生的影响.强度最强,铆钉连接挤压强度位于两者之间;当螺作用在层合板接头上的面内载荷P是逐渐栓拧紧力矩达到一定数值后,继续增加拧紧力矩,增加的
8、,并假设时刻t到时刻t+t,所增加的载接头的挤压强度变化不大.荷P足够小,以确保应力应变关系能按线性绝大多数研究者认为:为准确分析层合板接处理.头螺栓安装孔边应力分布、铺层顺序及法向压力当时间从时刻t过渡到t+t时,因无体积的影响,有拧紧力矩层合板接头应该建立在三维力作用,由平衡方程及力的边界条件,利用增量形有限元模型基础上.式的虚位移原
