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先進的復合材料由于具有較高的比強度和比剛度，具有設計性強等優(yōu)異特性。而廣泛應用于工程實際，由于其各向異性以及多模式的缺陷或損傷形式等，復合材料結構的連接問題已成為研究的重復合材料結構機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造成零部件的突然失效，擠壓破壞是一個慢慢損壞的過程，不會導致結構整體承載能力的衰減因此，擠壓破壞是復合材料結構中螺栓連接接頭的主要破壞形式端部約束的復合材料連接接頭是一個三維問題。
目前國外已經(jīng)對此開展了較多研究，Grutta等采用ABAQUS軟件對彎矩作用下的層合板螺栓連接接頭進行了強度分析，Camanh等采用三維有限元模型，利用ABAQUS軟件對層合板螺栓連接接頭的破壞進行了預測，結果表明接頭的夾緊力以及墊片與層合板之間的摩擦力對損傷的產(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，對含中心孔的復合材料層合板的損傷破壞進行了分析結果表明，有限元網(wǎng)格對損傷預測的影響較小，而基于連續(xù)損傷力學的三維有限元模型可以較好地預測橫向基體開裂破壞模式的累積。采用MARC有限元分析軟件，考慮到多孔對接頭的影響，對單剪連接的層合板接頭強度進行了分析。針對不同的端部約束，對雙剪連接接頭的擠壓失效問題進行了研究Mora提出了分析準各向同性含孔層合板拉伸強度的二維三維混合有限元模型分析表明，在孔附近，采用較為精細的三維單元，而遠離孔處可采用二維單元進行分析Gong等采用三維有限元分析技術，在準則基礎上，對扭矩作用下的含缺口的層合板的初始損傷進行了預測分析國內在有關三維問題方面的研究成果，針對復合材料層合板的單排多釘雙剪聯(lián)接接頭，由于孔間距離會對接頭強度產(chǎn)生影響，采用三維有限元模型，利用ANSYS有限元分析程序對接頭的靜強度進行數(shù)值分析采用YamadaSun準則預測了該接頭的破壞載截最后通過試驗驗證了數(shù)值分析方法與結果的正確性。
雙剪聯(lián)接結構多釘聯(lián)接接頭是工程中廣泛應用的聯(lián)接形式鑒于結構的對稱性，可選取典型的3孔聯(lián)接接頭結構進行分析T300/KH304復合材料層合板結構如圖所示圖中，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個階梳其中，蓋板和螺栓的材料，運用有限元法對雙剪聯(lián)接結構進行數(shù)值分析采用整體建模方法，對復合材料板采用八節(jié)點三維層狀單元，對金屬蓋板和螺栓采用八節(jié)點實體單元劃分網(wǎng)棟對多釘聯(lián)接接頭劃分的有限元網(wǎng)格如圖所示，其中復合材料板共劃分為6096個單元，8739個節(jié)點，金屬蓋板共分為3600個單元，3548個節(jié)點，螺栓共分為8112個單元，7858個節(jié)點。本研究用此模型對3種不同孔心距離的雙蓋板結構進行強度分析件為例，擰緊力矩為8Nm，拉伸載荷為200MPa，中間孔孔邊復合材料板主鋪層單元在單元坐標系下的應力分析結果如圖所示，由圖可見，其主要破壞模式與單釘聯(lián)接時基本相夙，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，層中剪應力除了對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，層的應力最大，為973MPa。因此，復合材料板的擠壓破壞首先發(fā)生。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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