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。

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。

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。

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。

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。

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。