层合板螺栓连接的渐进失效分析

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1、文章编号：1006—3269(2013)04—0056—05层合板螺栓连接的渐进失效分析冯加印，郭连水，赵昕，朱荣全。，党耀石。(1．北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191；2．中国人民解放军驻国营六九九厂军事代表室；3．北京遥感设备研究所，北京100039)摘要：以三维渐进损伤理论为基础，采用ANSYS不确定因素．因此，使得对复合材料的损伤研究一的二次开发语言，建立了复合材料层舍板螺栓连接模型，在直处于探索性阶段，无法建立一套放之四海而皆准拉伸栽荷下对含孔复合材料板进行数值失效模拟计算．分的确定性理论．析各铺层的失效过程和失效形式特点，得到层合板的初始失复合材

2、料损伤的重要性引起了众多国内外学者效栽荷和最终失效栽荷，为复合材料舍孔板强化结构的研究的兴趣．Ochoa与Engbloml_】]对复合材料进行了渐提供一定参考．进失效分析，Hashin_2失效准则用于判断层合板的关键词i螺栓连接；复合材料；损伤；有限元失效形式，Lee[3]提出的损伤模型用于进行材料刚中图分类号：TB330．1文献标识码：A度退化，模拟失效形式．Hwang和Sun_4]运用交互doi：10．3969／j．issn．1006—3269．2013．04．01l的3D模型进行了渐进失效分析，采用改进的Tsai—wu失效准备来模拟纤维断裂和集体开裂，采用1引言Chang

3、_5]提出的损伤模型模拟失效形式．以上研究都是对矩形截面复合材料的拉伸失效分析．Chang复合材料由于比强度、比刚度高和可设计性好开发了一种2D层合材料的渐进失效分析模型，用等特点，在航空航天领域中得到了越来越广泛应用．于模拟压缩问题，采用Hashin失效准则进行分析．目前，在飞行器复合材料重要受力结构件之间，由于Kermanidis和Tserpes_6应用Hahsin失效准则，研机械连接安全、可靠、传递载荷大和耐环境影响等突究了螺栓连接的损伤失效积累．出优点，因此复合材料层压板机械连接仍是工程结这些文献的分析方式、对象虽然不同，但是基本构中经常采用的一种连接形式．由于孔边通常

4、伴随思想都是一致的，都利用降低刚度来模拟实际中的应力集中，而复合材料各向异性使其连接设计问题损伤演化．利用二维或三维计算模型可用来研究铺变得复杂，因此这类结构的连接问题已经成为研究层顺序、摩擦系数、螺栓一孔配合间隙等参数对螺栓热点．预测含孔洞层合板的强度具有很强的实际应连接强度的影响．用价值，但需要根据损伤累积规律进行合理的刚度笔者基于3D模型，利用降低刚度的方法来模拟退化和失效过程模拟．损伤，在Ansys软件环境中加入损伤程序，对复合材复合材料损伤形式主要有基体开裂、界面脱胶、料螺栓连接的损伤扩展和连接强度进行细致研究．分层及纤维断裂等，而且损伤时间比较长，存在很多2渐进失效

5、分析收稿日期：2013—05—122．1分析流程作者简介：冯加印(1987一)，男，山东泰安人，硕士研究生，研究方向典型的渐进失效计算方法如图1所示．在每为计算机辅助设计与制造．个载荷步中，有限元方程求解都需要多次迭代，以《成组技术与生产现代化》2013年第3O卷第4期完成非线性分析．利用平衡方程，从非线性解中表1复合材料失效准则及材料性能退化确定所有铺层的应力场．计算此状态下的失效准破坏形式及条件Hashin失效准则则值，并判断是否失效以及是何种失效形式．如纤维断裂失效(>O)果单元发生失效，那么此单元的材料性能根据特定退化模型退化，重组结构的刚度矩阵，重复应力纤维压缩失效(

6、D11O)方法与实际物理意义一致．循环失效单元材料性能退化和应力计算过程，直至没有失效发生．增基体压缩失效(2O)上述过程，直至确定最终载荷．我们在分析中采用APDL语言编写参数化模压缩分成失效(国。

7、建立在材料的损伤可以用等效融合到ANSYS主程序中．材料特性退化的假设基础上的．对于复合材料失效后的刚度退化准则来说，目前有很多种，没有统一的定论，但大致分为3种：瞬间退化模式、逐渐退化模式和常应力模式．其中逐渐退化模式使用比较广泛，主要有线型和指数型退化两种；而退化模型又分2、l，2、、／2堕、，2生＼l，2盟＼l／2盟、、』为独立式和交互式两种．其中交互式退化模型认为一种失效(如纤维失效)会诱发另一种失效(如剪切，+，●＼／+，●＼，+，●、、／+，●＼／+，●＼，+，●、。失效)，需要