钉头型式对复合材料层合板机械连接强度的影响.pdf

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1、第48卷第1期2016年2月南京航JournalofNanjingDOI：10．16356／j．1005—2615．2016．01．004空航天大学学报UniversityofAeronautics&AstronauticsV01．48No．1Feb．2016钉头型式对复合材料层合板机械连接强度的影响郭家平1熊璇1党晓娟1李想2谢宗蕻2(1．中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所，成都，610041；2．西北工业大学航天学院，西安，710072)摘要：通过3种不同铺层比例的复合材耪层合板机械连接接头的挤压强度测试．研究了钉头型式对复合材料层合板机械连接挤压力

2、学性能的影响，获得了沉头螺栓挤压强度修正系数。试验数据表明：采用沉头螺栓的复合材料机械接头的挤压强度，可达到采用凸头螺栓的复合材料机械连接挤压强度的90％左右，但接头刚度仅为采用凸头螺栓的复合材料接头刚度的40％～∞％。研究采用Hashin失效准则和Tan-Camanho损伤扩展方法，对两种钉头型式的复合材料层舍板机械连接接头的挤压失效过程进行了有限元分析，预测了复合材料层合板机械连接接头的偏移挤压强度和极限挤压强度，模型预测值与试验值的误差不超过15％。关键词：复合材料；机械连接；钉头型式；挤压强度；损伤扩展中图分类号：V258．3文献标志码：A文章编号：

3、1005—2615(2016)01—0021—08BearingStrengthofCompositeBoltedJointswithDifferentBoltHeadsGuoJiapin91，XiongXuanl，DangXiaojuanl，LiXiang2，XieZonghong2(1．ChengduAircraftDesign＆ResearchInstitute，AviationIndustryCorporationofChina，Chengdu，610041，China；2．SchoolofAstronautics，NorthwesternPolyt

4、echnicalUniversity，Xi’an，710072，China)Abstract：Thebearingstrengthofcomposite—steelboltedjointsusingprotrudingandcountersunkboltsistestedforthreedifferentlayupstostudytheeffectsofboltheadtypesonthehearingstrength．Thebearingstrengthcoefficientofcountersunkboltedjointisobtained．Testre

5、sultsshowthatthebearingstrengthofcountersunkboltedjointsisroughly90％ofthatofprotrudingboltedjoints，whilethecorre—spondingjointstiffnessisonly40％m50％ofthatofprotrudingboltedjoints．Finiteelementmodelsaregeneratedtonumericallyanalyzethemechanicalbehaviorofcomposite—steelboltedjointsus

6、ingprotru—dingandcountersunkfastenersrespectivelyunderin—planetensileload．TheHashinfailurecriteriaandtheTan—Camanhodamagepropagationmethodareadopted．Thepredictedoffsetandultimatebearingstrengthshowsagoodcorrelationtothetestresultswitherrorlessthan15％．Keywords：composite；boltedjoints

7、；bolthead；bearingstrength；damagepropagation飞机复合材料结构大量采用机械连接。复合材料机械连接往往会引起局部区域应力集中。相比弹塑性的金属材料，复合材料呈脆性而无法通过局部区域塑性变形来缓解应力集中。影响复合材料连接接头强度的因素较多，包括：铺层顺序、连接区几何参数、钉头型式和钉拧紧力矩等。国内外对复合材料层合板机械连接接头强度开展了大量研究。Ireman等建立了单钉单剪接头的三维有限元收稿Et期：2015—10—15；修订日期：2015—12一10作者简介：郭家平，男，成都飞机设计研究所研究员，研究方向：复合材料强

8、度设计。通信作者：郭家平，E—mail；gJP—ed