沉头螺接复合材料接头失效预测强度包线法

多钉连接复合材料接头设计分析中,常用强度包线来预测其强度与失效模式。目前所使用的强度包线法只适用于凸头螺接结构,无法应用于沉头螺接结构。该文建立了带衬套沉头螺接复合材料接头有限元模型,对3钉连接结构进行了拉伸性能分析,并通过试验结果验证了模型的有效性,然后用该模型对衬套的作用进行了研究。在此基础上,提出了适用于沉头螺栓复合材料连接结构强度和失效模式预测的强度包线法。结果表明:使用衬套比仅采用螺杆过盈装配能够明显减慢孔边损伤扩展速率,避免接头各钉载的比例在拉伸过程中剧烈变化;引入衬套能提高接头的承载能力和刚度,其2%偏移载荷、极限载荷和刚度比不带衬套接头分别提高了14.08%、5.21%和6.04%。通过计算少量单钉螺接接头的损伤情况,便可以绘制出相应参数多钉连接结构的新型强度包线。利用新型强度包线,能准确预测沉头和凸头螺接接头的强度和失效模式。

CFRP沉头孔锪窝深度误差对连接性能的影响

沉头螺栓连接能保证结构良好的气动外形,常被应用于飞机蒙皮等结构。沉头孔的制备过程中,由于设备条件限制,会导致锪窝深度误差较大,给复合材料叠层结构带来隐患。针对这一问题,结合有限元仿真分析进行单钉单剪的静拉伸试验,研究锪窝深度误差对CFRP连接性能的影响。结果表明:对比于齐平状态的标准窝深值,锪窝较浅对静强度影响较小,较深则会导致结构的静强度下降,且锪窝越深,静强度下降越快。

沉头螺栓锪窝误差对复合材料连接结构承载性能影响分析

沉头螺栓作为现代飞机复合材料结构中的一种重要连接形式,其锪窝精度与装配质量直接影响结构服役性能。沉头螺栓因其能够保证连接结构表面齐平度,被广泛应用于飞机复合材料连接结构中。由于工艺和结构限制,锪窝角度误差和深度误差通常是不可避免的,并且对连接结构力学特性和承载能力造成影响。针对以上问题,本文开展了沉头螺栓锪窝几何误差对复合材料连接接头承载机理与强度影响研究。在角度误差、偏转方向误差以及深度误差定义分析的基础上,开展了不同误差下的加载试验并进行了显微分析。通过对加载曲线和界面形貌的分析,揭示了不同误差下的结构损伤机理和接头失效载荷,探究了锪窝几何误差对复合材料沉头螺栓单搭接接头力学行为的影响,为沉头螺栓在复合材料连接结构中的高效工程应用提供理论依据。

基于ANSYS Workbench和HyperWorks的航空沉头螺钉动力学分析与参数化研究

为探究某航天工程应用中沉头螺钉的断裂失效行为,开展了对沉头螺钉的动力学分析与参数化研究。通过SolidWorks建立了沉头螺钉的三维模型,并导入ANSYS Workbench和HyperWorks两类有限元分析软件中,分析并验证了不同网格划分方式、网格大小和约束位置对沉头螺钉最大应力的影响程度。基于有限元分析结果,在ANSYS Workbench中研究了十字槽深度、同轴度、沉头角度和圆角半径对沉头螺钉最大应力的影响规律及各参数的灵敏度。研究结果表明:采用两类有限元分析软件得到的应力结果基本一致,仅相差0.1%。采用ANSYS Workbench时的计算效率更高,沉头螺钉的最大应力位置发生在头杆结合处的过渡圆角处,与实际断裂位置完全一致;相比十字槽深度、沉头角度和圆角半径,同轴度参数对最大应力的影响更明显。该分析结果可为工程技术人员预判沉头断裂影响因素及优化结构提供重要参考。

复合材料层板单钉沉头螺栓连接结构拉伸性能

通过ABAQUS软件建立三维累积损伤有限元模型,计算复合材料层板单钉沉头螺栓连接结构的条件挤压载荷,并对其损伤机理与破坏过程进行分析;选用适合该类结构层板的损伤判据与衰减准则进行验证。计算获得的初始挤压破坏载荷与实验结果吻合良好,说明所建模型的有效性。在此基础上,分析了接触面摩擦、螺栓刚度和连接金属板刚度等因素对连接结构拉伸性能的影响。结果表明:接触面摩擦因数和螺栓刚度对结构拉伸性能的影响较为明显,金属板刚度的影响很小。

复合材料层板沉头连接钉载分配影响因素研究

通过ABAQUS软件建立了多钉沉头螺栓连接三维有限元模型,对复合材料层合板与金属板多钉连接结构进行拉伸性能分析,计算了沉头连接的钉载分配情况,并就钉孔间隙、螺栓扭矩、沉头比等因素对钉载分配的影响进行分析。结果表明:与凸头连接相比,多钉沉头连接对钉载分配有一定的改善作用;钉孔间隙和螺栓刚度对钉载分配影响显著,螺栓扭矩和金属板刚度对钉载分配有一定的影响,但并不明显;摩擦和沉头比对钉载分配的影响可以忽略不计。

复合材料层合板沉头多钉连接钉载分配研究

沉头螺栓连接因具有改善钉载分配不均匀性,保持结构表面光滑等优点,在飞行器复合材料表面结构连接中得到了广泛应用。但是国内外对于沉头连接钉载分配却少有研究,通过ABAQUS软件建立复合材料层合板与金属沉头螺栓多钉连接三维有限元模型,计算沉头连接的钉载分配情况。对比凸头连接的载荷分配结果发现:沉头连接对钉载分配有一定的改善作用,且金属板厚度的改变对沉头螺栓载荷分配影响很小。

日本钢桥高强度螺栓病害处治与新型螺栓研究

高强度螺栓连接是日本钢结构桥梁常用的连接形式,对日本钢桥用高强度螺栓病害处治措施及新型螺栓研发应用进行介绍。结合日本2座钢结构桥梁工程实例,对高强度螺栓断裂、掉落和索夹螺栓轴力减小等病害原因进行分析,为确保桥梁安全运营,对全部螺栓进行了补拧与更换。针对螺栓生锈、腐蚀,开发了新型防腐涂层材料SZ工法,该工法选择锌作为高强度螺栓表面的牺牲防腐保护膜,试验及应用结果表明防腐效果较好。延迟断裂是高强度螺栓常见病害,研发了耐延迟断裂优质钢及螺栓,改善耐氢脆化特性,并在此基础上研发了超高强度高可靠性(FS)螺栓,室外暴露试验证明,FS螺栓具有优越的耐延迟破坏性能。针对钢桥面板连接接头处凹凸不平现象,开发了高强度沉头螺栓,并在实际工程中应用。

沉头单钉连接层合板拉伸试验与分析

为了研究复合材料层合板沉头单钉螺接结构的拉伸性能,对试验件进行了拉伸试验,并通过ABAQUS/Standard基于Hashin失效判据建立了三维渐进损伤有限元模型,计算得到的条件挤压载荷、极限挤压载荷均与试验吻合良好,说明了所建模型的有效性。在此有限元模型的基础上,分析了挤压过程中钉孔的渐进损伤过程,并且研究了螺栓的拧紧力矩、钉孔间隙和连接金属板厚度等因素对结构拉伸强度的影响。结果表明:拧紧力矩在一定范围内可以提高结构强度,并且抑制了分层损伤的出现;钉孔间隙则改变了钉孔初始接触状态,显著地降低结构的强度,而金属板厚度对结构的强度影响较小。

碳纤维增强复合材料沉头螺栓搭接结构强度及渐进损伤分析

碳纤维增强复合材料(CFRP)因其优异的力学性能在航空工业中得到了广泛的应用,评估复合材料沉头螺栓连接结构的极限承载和损伤扩展对航空器连接结构的经济性和安全性意义重大。本文首先创建复合材料沉头螺栓搭接三维模型,并采用虚拟热变形法施加螺栓预紧力,然后利用Fortran语言编写VUMAT用户自定义程序,将所选的刚度退化模式与3D Hashin失效准则嵌入渐进损伤模型中,建立有限元损伤预测模型,研究不同搭接端距对复合材料沉头螺栓连接结构失效的影响。研究结果表明:搭接端距主要影响连接结构的剪切强度,端距越小,其极限承载强度越小,当搭接端径比达到2.5时,极限承载强度随着端径比的增大变化较小;基体拉伸损伤首先出现在最底层的0°铺层,纤维压缩损伤首先出现在锪孔和直孔转折处,失效单元沿施载方向扩展至自由边界失效。

热力耦合作用下复合材料沉头螺栓搭接结构渐进损伤研究

本文对采用沉头螺栓连接的复合材料层合板的损伤扩展过程和强度进行了数值研究。建立一个新的三维渐进损伤模型,来预测在扭矩和温度的共同作用下复合材料沉头螺栓搭接结构的极限承载能力和渐进损伤扩展。该模型将考虑热应变的复合材料本构方程、失效准则和材料退化准则、温度诱导的刚度和强度修正参数整合到VUMAT子程序中,采用热力耦合方法进行准静态模拟。研究结果表明:渐进损伤模型能够准确地预测温度和螺栓扭矩对该搭接结构极限承载能力的影响,能够清晰地反映失效机理和损伤扩展过程。随着温度的升高,当扭矩超过15 N·m时,搭接结构的极限承载强度不断减小。层合板纤维损伤主要受0°方向载荷影响,层合板基体损伤主要受90°方向载荷影响,失效单元沿施载方向扩展至自由边界失效。

铺层结构对EP/GF复合材料沉头螺栓连接失效的影响

以环氧树脂(EP)为基体,单层玻璃纤维(GF)布为增强体,利用真空辅助树脂传递模塑工艺制备了具有[0°]_(_(6s)),[45°/–45°]_(_(3s)),[0°/90°]_(_(3s)),[90°]_(_(6s))铺层结构的EP/GF复合材料层合板,通过拉伸失效实验研究了铺层结构对复合材料层合板沉头螺栓连接承载能力的影响,并进一步分析了4种铺层结构的沉头螺栓连接层合板在拉伸时的失效行为。结果表明,[45°/–45°]_(_(3s))与[0°/90°]_(_(3s))铺层结构的层合板均发生了承载失效,具有较高的螺栓连接承载能力,其中[0°/90°]_(3s)铺层结构的层合板最大拉伸载荷最高,为6.7 k N,[45°/–45°]_(3s)铺层结构的层合板具有最大的失效位移,为14.17 mm;[0°]_(6s)铺层结构的层合板发生了剪切开裂失效,其螺栓连接承载能力低于上述两种铺层结构;[90°]_(6s)铺层结构的层合板发生了净张力失效,其螺栓连接承载能力最低。

3钉带衬套复合材料/金属接头拉伸疲劳性能试验研究

带衬套沉头螺栓连接已经在复合材料连接结构中得到了一定的应用,需要对其疲劳性能进行研究。本研究对一种单搭接3钉带衬套碳纤维复合材料/钛合金沉头螺栓连接接头进行了静态拉伸试验,测量了接头的载荷-位移曲线、拉伸极限强度与条件挤压强度。在此基础上,确定67%接头极限载荷为拉伸疲劳最大载荷,按应力比为0.1的循环载荷对接头进行疲劳试验,并与对应的无衬套接头进行了对比,研究了衬套对该接头疲劳性能的影响。结果表明,衬套的引入改善了应力分布情况,使结构疲劳寿命延长了98.4%。同时,静态拉伸试验中发生层合板的钉孔挤压以及净截面拉伸破坏,疲劳试验中发生钛合金板的拉伸疲劳破坏,部分无衬套接头还发生了螺栓疲劳破坏。经分析发现,两类材料的疲劳性能表现差异较大,复合材料/金属机械连接接头的疲劳破坏模式会因载荷水平的不同而发生变化,在低于一定载荷水平下容易出现金属结构的破坏。

钉头对复合材料单搭接结构破坏模式影响研究

为了研究单搭接螺栓连接结构的承载特性及钉头形式对其影响,进行了单搭接连接件的拉伸试验与数值模拟仿真,试验结果表明:钉头形式对连接结构失效模式影响较大,凸头螺栓连接件的层合板只有挤压破坏,沉头螺栓连接件主要为净截面拉伸破坏;数值分析采用面内失效和层间分层失效的渐进失效方法建立三维模型,计算结果显示凸头螺栓连接件在层合板孔边附近出现了严重的纤维损伤和挤压分层损伤,而沉头螺栓连接件层合板的净截面应变明显偏大导致拉伸破坏,计算结果与试验结果吻合良好。

3钉带衬套复合材料/金属接头拉伸疲劳性能

带衬套沉头螺栓连接已经在复合材料连接结构中得到了一定应用,需要对其疲劳性能进行研究。本工作在单搭接3钉带衬套碳纤维复合材料/钛合金沉头螺栓连接接头实验研究基础上,建立复合材料及金属结构的疲劳分析模型,对结构的疲劳性能进行有限元分析,并与无衬套接头模型进行对比,研究衬套对接头疲劳性能的影响。结果表明,使用衬套比仅采用螺杆过盈装配能够更加有效地提升接头的疲劳寿命,其中层合板寿命提高了约3.6倍,钛合金板寿命提高了约2.7倍,螺栓寿命提升了约14倍,并且仅出现钛合金板破坏,紧固件不破坏。结合实验结果分析发现,由于复合材料和金属材料自身疲劳性能的差异,其机械连接结构的疲劳破坏模式会因载荷水平的不同而发生变化;当载荷水平较低时,金属结构更容易发生破坏。

带衬套沉头螺栓复合材料/金属接头拉伸性能

对带衬套沉头螺栓连接复合材料/金属接头进行拉伸试验,测量了接头的载荷-位移曲线和面外变形等性能,研究了接头的拉伸行为。利用ABAQUS软件,建立了接头的有限元模型,计算得到的条件挤压载荷、极限破坏载荷和破坏模式与试验结果吻合较好,证明了所建有限元模型的有效性。利用该模型,分析了接头破坏的机理,并进一步研究了螺栓与衬套过盈量、拧紧力矩和钛板厚度等因素对接头拉伸性能的影响。结果表明:适度的增大螺栓与衬套的过盈量能有效提高接头的刚度和强度;在一定范围内增加拧紧力矩能提高接头的承载能力;增加钛板的厚度,对接头的刚度有明显提升,但对极限破坏载荷影响较小。

配合间隙对陶瓷基复合材料连接结构高温拉伸性能的影响

陶瓷基复合材料机械连接结构强度分析与设计对提高结构承载效率起着至关重要的作用。采用Abaqus有限元软件研究了间隙配合精度对C/SiC陶瓷基复合材料与高温合金沉头螺栓连接结构高温拉伸性能的影响,并讨论了结构失效损伤扩展机制。结果表明:750℃工况下沉头螺栓豁口深度为1.7mm,间隙为0.8%时连接结构承载能力达到最大值。研究结果将为航空航天领域陶瓷基复合材料连接结构的设计和应用提供理论指导。

植钉挂贴饰面板施工技术应用研究

饰面板通过不锈钢沉头螺栓和结构胶直接挂贴于填充墙墙体基材上,作为一种饰面板新的施工技术与普通饰面板施工工艺比较,具有良好的效益;本文通过理论分析和一系列的试验研究,证明该技术的可行性,并对其施工技术特点、工艺及其质量控制要点进行论述。

大型滑雪场内保温系统构造与施工技术

金属岩棉夹芯板是一种以岩棉为原料制成的夹芯板,其充分发挥了岩棉芯材的独特性能,在防火、保温隔热、吸音隔声等方面有着显著的功效。金属岩棉夹芯板的生产工艺能够在工厂中通过自动化设备将岩棉和钢板复合成一个整体,从而改变以前岩棉板材需现场复合的方式,在满足建筑物保温隔热、隔声、防火等要求的前提下,达到了优质、高效、可靠、安全的目标。彩钢板面层可根据实际装饰装修需要进行彩图、喷绘,本工程金属岩棉夹芯板厚度为240mm,岩棉内外两侧镀锌彩钢板厚度分别为:室内(靠近冷区侧)热镀锌彩钢板厚度为0.8mm,室外则考虑常规标准厚度0.6mm。

沉头方颈螺栓镦挤工艺

通过两种工艺方案中成型凹模受力情况的分析比较 ,说明用镦挤工艺生产沉头方颈螺栓 ,可降低镦锻力 ,提高模具寿命 。