航空复合材料机械连接多钉双剪连接技术

本文主要探究了航空复合材料中的多钉双剪连接技术及其优化策略。使用ABAQUS有限元分析计算软件建立多钉双剪连接结构有限元模型,并分析了搭接板厚度、钉孔直径对钉载分配、极限载荷的影响。结果表明,减小搭接板厚度,可以改变各钉承载比例,并提高连接结构的极限载荷。相比于阶梯型搭接板,使用斜削型搭接板能进一步提升多钉双剪连接结构的极限载荷。改变钉孔直径同样能起到优化钉孔载荷分配和提高极限载荷的效果,在搭接板厚度一致时,将钉孔直径增加1 mm,最高可以使极限载荷提升4.81%。由此可得,在多钉双将连接中,适当的减小搭接板厚度和增加钉孔直径,对优化钉载分配和提升极限载荷有积极帮助。

基于试验及数值仿真的复合材料单钉双剪连接件失效研究

为研究ZT7G/LT-03A碳纤维环氧树脂复合材料单钉双剪连接件的力学性能,对3种铺层与3种宽度的层合板开展了复合材料单钉双剪试验,分析了不同铺层比例、宽径比对失效载荷与失效模式的影响。采用渐进损伤失效分析方法对试件的失效过程进行了有限元模拟,模型与试件的失效模式以及失效载荷吻合良好,验证了模型的准确性。在此基础上,研究了初次掉载时层合板各个铺层的应力分布与损伤状况,并进一步探究了整个加载历程中不同铺层比例与宽径比对连接件性能的影响。结果表明,当层合板的宽径比增加时,失效模式由拉伸失效转变为挤压失效,而在一定范围内改变铺层比例时,失效模式基本不受影响。

制孔偏差对铝合金单钉双剪连接性能的影响

航空产品在手工制孔或移动式机器人制孔过程中易出现孔径超差、孔倾斜等问题,为结构件的使用留下安全隐患。以2A12-T4航空用铝合金为研究对象,通过开展静拉伸试验、疲劳试验,研究了孔径偏差、垂直度偏差对铝合金单钉双剪连接性能的影响。研究发现:铝合金单钉双剪连接结构的静拉伸失效以劈裂破坏为主,疲劳失效均为横截面断裂失效;垂直度偏差、孔径偏差对连接件静拉伸强度的影响较小,对静拉伸强度的折损均在10%以内;垂直度偏差、孔径偏差对连接件疲劳性能造成显著影响,其中垂直度偏差为4°、疲劳载荷为70%最大静拉伸力时的影响最大,会使疲劳寿命降低73.60%;制孔偏差对疲劳失效过程的影响主要表现在影响疲劳裂纹的萌生区域、扩展方向与扩展速度等。

复合材料层压板双剪连接三维失效分析

基于三维有限元模型,通过ABAQUS子程序引入考虑剪切非线性的三维Hashin准则和指数材料退化模型,对T800复合材料层压板双剪连接结构的破坏载荷和失效模式进行预测,并与复合材料层压板双剪挤压试验结果进行对比。计算结果表明,文章建立的模型可以很好地模拟复合材料层压板螺栓连接的挤压损伤演化,并与试验中钉孔挤压的破坏载荷和失效模式吻合。

典型双剪连接结构钉传载荷计算方法对比分析

分别采用工程算法、简化模型有限元分析、考虑摩擦和接触的实体模型有限元分析三种方法，计算典型双剪连接结构钉传载荷，对比危险钉孔钉传载荷计算结果可知，三种计算方法计算结果差异较小，利用简化模型有限元分析方法可以得出较为可靠的钉传载荷计算结果，为利用有限元方法对复杂细节连接结构传载分析提供依据。

CFRP双剪单钉连接接头强度分析

双剪连接接头是复合材料结构连接设计的主要环节。针对T30 0 /KH30 4复合材料层合板的双剪连接形式 ,分析了单钉连接情况下的接头强度 ,并采用Yamada Sun准则预测了该层合板结构双剪连接接头的破坏载荷。结果表明 :该接头的破坏模式主要呈现为挤压破坏 ;Yamada Sun准则可以较好地预测该结构的破坏载荷 ;所预测的接头的破坏载荷及破坏模式 。

复合材料层合板单钉双剪连接挤压强度的一种工程估算方法

将上限理论应用到复合材料层合板单钉双剪连接挤压强度分析中,把连接结构的位移场划分为动态区域(层合板)和静态区域(紧固件),并认为失效发生在位移可动场和不动场之间的钉孔边受挤压部分。由于受挤压孔孔边各层应力状态不一样,受挤压孔边各层的失效区域和失效模式也各不相同。从宏观上研究复合材料层合板单钉连接孔边的失效区域和失效模式,结合上限理论提出了一种估算复合材料单钉连接挤压强度的工程算法。通过与试验结果对比,发现该方法能较好地预测出复合材料单钉双剪连接挤压强度。

变刚度铺放改善单钉双剪螺栓连接拉伸强度

沿最大主应力方向的变刚度铺放可有效提高复合材料构件的强度。以与孔周围设定区域内,单元格上流场速度矢方向与有限元得到的最大主应力方向之间的差异最小为优化目标,优化有势流场构造参数,从而得到优化的变刚度铺层轨迹。该方法得到的变刚度铺层能最大程度地使纤维主方向与层合板在该点处的最大主应力方向一致。研究结果表明,变刚度铺放不仅可提高层合板的拉伸强度,还可使试件在达到极限载荷后的承载能力下降速度平缓,从而降低了发生瞬时性损坏的概率。

竹胶板双剪螺钉连接的承载性能与破坏机理

【目的】以常规木基结构板材作夹板的夹板剪力墙在侧向力作用下易出现板边撕裂和钉子拔出破坏,严重制约其抗侧力性能。采用竹胶板作为中心夹板、以自攻螺钉代替常规钉连接件,可在夹板剪力墙中形成墙骨-竹胶板-墙骨的双剪螺钉连接效果,有望改善上述不利破坏。【方法】为探究该方法的可行性,以6组竹胶板双剪螺钉连接试件为研究对象,开展了单调和低周反复加载试验,分析了竹胶板厚度和加载方向变化对其破坏模式、弹性刚度、强度、延性系数等力学特性的影响,明确了其在往复加载过程中的损伤累积规律。【结果】尽管竹胶板双剪螺钉连接不能完全避免板边撕裂和螺钉拔出破坏,但已充分利用了自攻螺钉的高抗弯和抗拔性能,所表现出的极限承载力比由常规木基结构板材和圆钉制作的双剪钉连接高72.4%以上。增大竹胶板厚度有益于提升双剪螺钉连接的极限承载能力,但对弹性刚度的影响并未表现出显著规律。在低周反复荷载作用下,竹胶板双剪螺钉连接中的自攻螺钉易过早发生弯曲疲劳剪断,以致其极限承载力、极限位移和延性系数明显比单调加载时低。综合试验损伤观测和累积损伤指数(D),将竹胶板双剪螺钉连接的损伤划分为五个等级:基本完好(D<0.10)、轻微损伤(0.10≤D<0.20)、中度损伤(0.20≤D<0.60)、严重损伤(0.60≤D<0.80)和失效(D>0.80)。【结论】分别采用竹胶板和自攻螺钉替代木基结构板材和和常规钉连接件,是提升夹板剪力墙抗侧力性能的一种可行方法。

夹板木剪力墙的抗侧力性能及受力机制

对8组双剪钉连接试件进行单调荷载试验,分析了板端距、面板厚度和加载方向对其抗剪切性能的影响。随后针对6组夹板木剪力墙试件开展了单调加载和往复加载试验,分析了夹板木剪力墙的受力机制,且着重研究了墙骨柱间距、墙面板厚度和钉间距等构造参数对墙体弹性抗侧刚度和抗剪强度的影响。研究结果表明:板端距和板厚决定了墙骨上双剪钉连接的破坏模式;增大面板厚度和减小钉间距能提高夹板木剪力墙的抗侧刚度和抗剪强度,而墙骨柱间距的变化则对其几乎没有影响。夹板木剪力墙在中高层木结构建筑中有着广阔的应用前景。

木结构应用技术研究——螺栓连接及钉连接的设计方法

上海市标准《轻型木结构建筑技术规程》(DG/TJ08-2059-2009)对国标《木结构设计规范》(GB50005-2003)(2005版)第9章行了补充和完善。对《木结构设计规范》(GB50005-2003)(2005版)中螺栓连接及钉连接进行了讨论,并与美国木结构设计规范National Design Specification,2001 Edition相关章节进行了比较,通过例题对两种设计方法的计算结果作了进一步分析。

不锈钢螺栓连接翘曲试验及有限元分析

采用轻质结构构件常用的奥氏体不锈钢薄板制成双剪螺栓连接件,测定不锈钢螺栓连接板件翘曲对承载力的影响。试验设计了2个双剪螺栓连接试件,端部距离是螺栓连接试件的主要变量。用试验机对双剪试件进行了拉伸试验,并绘制试件的荷载-位移曲线。试验中出现了板件翘曲及试件承载力降低现象。此外,将试验结果与有限元模拟结果进行对比,两者吻合较好,验证了有限元分析的有效性。并采用该模型对不同板厚、端部距离、边缘距离以及螺栓直径的4组8个连接试件进行分析。最后,提出了双剪螺栓连接翘曲极限承载力修正公式,并通过数值模拟结果加以验证。

结合改进单胞模型的单钉双剪层合板螺栓连接结构挤压性能的多尺度表征分析

为提高螺栓连接层合板结构的可靠性和承载能力,基于ABAQUS软件及用户子程序(USDFLD),结合改进的单胞模型,建立了考虑组分材料失效的多尺度数值模型。利用该模型表征分析了单钉双剪层合板螺栓连接结构的力学性能,研究了铺层形式及几何尺寸对连接结构性能的影响。该模型的预报结果与试验结果吻合较好。结果表明:准各向同性层合板螺栓连接结构的挤压强度高于正交各向异性层合板连接结构的挤压强度,前者的失效模式为挤压失效,后者为剪出失效,该模式导致结构承载能力降低,设计中应避免。层合板边径比大于3时,不同宽径比连接结构的挤压强度趋近稳定值;但相同边径比的连接结构,其挤压强度随宽径比的增大而增大,连接结构设计时应给予考虑。

竹胶板双剪螺钉连接的承载性能试验研究

为探究竹胶板和自攻螺钉在夹板剪力墙中的使用效果,对10组竹胶板双剪螺钉连接试件和4组定向刨花板(OSB)双剪螺钉连接对比试件进行单调加载试验.结果表明:在保证不小于22mm板端距情况下,竹胶板双剪螺钉连接能较好地避免板边撕裂破坏,并充分发挥自攻螺钉的高抗弯和抗拔性能;横纹加载的竹胶板双剪螺钉连接在极限承载力上比顺纹加载时高15.5%~19.8%,但在初始刚度、延性系数上均与顺纹加载时相差不大;竹胶板双剪螺钉连接的极限承载力比以木基结构板材为中心夹板的双剪钉连接高64%~146%,故以竹胶板和自攻螺钉分别作为中心夹板和钉连接件有助于快速提升夹板剪力墙的抗侧力性能.依据我国《木结构设计标准》GB50005—2017算得的双剪螺钉连接极限承载力偏低,但所预测的屈服模式有较好的准确性.

层合板连接结构挤压强度测试方法的研究

利用单钉单剪层合板连接结构挤压性能测试方法和单钉双剪层合板连接结构挤压性能测试方法 (ASTM D 5961A/B),对T700/5429开孔层合板螺栓连接结构的挤压性能进行试验研究,分析不同测试方法对开孔层合板连接结构挤压性能的影响。研究表明:两种试验方法中层合板连接构件均在连接孔处出现有效的挤压破坏形式,但单剪连接试验的稳定性差,影响因素较多,试验数据的离散性较大,且测得的连接结构的极限挤压强度和偏移挤压强度均低于双剪试验的结果。因此,双剪试验方法更适合用于复合材料层合板连接结构设计中挤压许用值的测量。

丽泽金融商务区D10综合楼超限结构设计

丽泽金融商务区D10综合楼是呈反对称布置的一对弱连接框剪结构双塔高层建筑,与门式钢架门厅组成建筑群。高塔99m,比较规则;低塔70m,带长悬挑桁架;裙房3层,有长悬挑板,门厅带悬挂走廊。设计过程中针对弱连接裙房双塔结构的布置原则、长悬挑结构的加强方式及防连续倒塌设计、门式钢架门厅的舒适度控制,进行了细致分析,对一些关键构件明确了加强措施。此外,弱连接双塔底盘的计算地震剪力明显小于双塔底层的地震剪力之和,为保证安全度,采用SRSS方法对双塔底盘地震剪力进行加强性调整;长悬挑结构导致部分楼层框架承担的剪力超过25%,规范调整方法不再适用,采取针对性调整方法;软件对带V形支撑斜杆楼层的抗剪承载力计算方法有误,薄弱层判断失真,采取针对性计算方法。