碳-玻混杂复合材料单钉单剪螺栓连接结构失效模式及渐进损伤分析

采用试验和数值模拟相结合的方法,研究碳-玻混杂复合材料螺栓连接结构的失效载荷、失效模式及其渐进损伤过程。基于ABAQUS平台建立了36种不同宽径比(W/D)、端径比(E/D)连接结构的有限元模型。根据三维Hashin失效准则和三维Chang-Chang失效准则,结合连接结构的拉伸试验,分析了结构尺寸E/D、W/D对失效载荷和失效模式的影响,探讨了不同失效模式下的渐进损伤过程。研究结果表明,一定混杂比的碳-玻复合材料螺栓连接结构的失效主要有挤压失效、剪切-挤压混合失效、拉伸失效三种模式;连接结构的结构尺寸E/D、W/D对结构的失效载荷和失效模式影响较大;连接结构的挤压失效模式是层合板在螺栓孔挤压边轴线位置发生基体挤压损伤,并沿轴线方向呈扇形向外扩展至结构失效;剪切-挤压破坏模式是层合板在螺栓孔至端面处发生大量纤维和基体的拉伸损伤,伴随螺栓孔受压边基体挤压损伤,形成豁口至结构失效;拉伸失效模式是层合板在螺栓孔上下位置发生纤维和基体拉伸损伤,并沿横向扩展至层合板上下边缘至结构失效。