飞机桁条-蒙皮连接结构的接触应力研究

飞机结构是由零部件通过铆接、螺接、胶接和焊接连接而组成的。连接区域应力分布情况及应力水平的研究对飞机结构的强度校核及连接区的失效破坏形式的预判有着重要的意义。基于非线性接触力学理论,利用MSC.Patran/Nastran有限元分析软件对机翼结构中复合材料桁条-蒙皮连接结构进行了研究。研究内容包括:各排钉孔的最大等效应力和钉传载荷的分布情况;对飞机桁条-蒙皮的两种连接方式,基于非线性接触理论,分别建立了桁条-蒙皮的螺接连接结构和胶-螺混合连接结构,对比了两种结构的等效应力水平大小与分布。得出以下结论:板间厚度比对孔周接触域的应力集中系数和应力分布的影响较大;处于外侧两排铆钉孔传递较大的钉传载荷,中间排的铆钉孔的钉传载荷较小;不同的连接形式对孔周应力水平影响较大。     

复合材料螺栓干涉连接结构压钉过程轴向力建模

复合材料干涉连接结构在螺栓压入过程中,由于螺栓杆与连接孔孔壁间存在显著的轴向相互作用,有可能在复材孔周引起分层损伤,更准确的控制轴向力对于提升复材干涉连接结构强度具有重要的意义。根据干涉配合螺栓压入过程中接触关系的变化,对压钉过程进行了阶段划分,并在经典层合板理论假设基础上,结合弹性力学复变函数方法,以干涉量为变量建立了螺接过程轴向力解析模型。基于ABAQUS软件,建立了干涉压入压钉过程的仿真模型,验证了解析模型的正确性。     

复合材料厚板单钉螺栓连接强度研究

在Abaqus有限元软件中,建立复合材料层合板单钉单剪螺栓连接结构的三维有限元模型,引入三维Hashin准则作为失效判据,同时考虑拧紧力矩因素,分别采用分区退化方案和整体退化方案对不同厚度层合板单钉单剪螺栓连接结构的失效过程和连接强度进行分析预测。计算结果与试验结果的对比表明:普通退化方案得到的位移载荷曲线折减不够,且最终不能下降,采用分区退化模型的计算结果较为准确;随着板厚的增加,螺栓连接强度呈下降趋势,且下降速度由快变慢,即随着层合板厚度的增加,结构承载能力的提升程度减小;合适的拧紧力矩可以增大结构的极限强度,过大的拧紧力矩不利于结构的承载。     

复合材料螺接力学行为精细化有限元分析方法

针对航空用纤维增强树脂基复合材料螺栓连接的力学行为研究难题,采用有限元软件二次开发的方法,提出了涵盖层合板高效建模、扭矩与预紧力关系、钉孔配合间隙与滑移过渡段、渐进损伤判断与性能退化等方面的精细化有限元分析模型。提出了基于应变等效原理的紧固件预紧力-扭矩试验测试方法,降低了紧固件预紧力-扭矩转换精度对数值模拟精度的影响。提出了基于修改螺栓头与层合板接触平面摩擦因数的方法以实现对含钉孔配合间隙的复合材料螺接接头的力-位移响应在滑移过渡段的较好模拟。复合材料单搭接螺接接头单剪试验和有限元预测的力-位移曲线对比结果显示极限载荷最大预测误差为17.2%,证明了所提方法能有效地预测复合材料单钉/多钉螺接结构的力学性能演变规律,且所提方法提高了预测结果与试验结果的匹配度,提升了有限元分析的效率,为航空先进复合材料连接结构的力学行为分析奠定了建模技术基础。     

含预埋件层合板螺栓连接结构剪切性能的试验研究

层合板螺栓连接的设计是结构设计过程中必不可少的重要环节,为对比分析含预埋件层合板螺栓连接结构与无预埋件层合板螺栓连接结构剪切性能的差异,以及含不同预埋件层合板螺栓连接结构剪切性能的优略,根据ASTM D-5961标准设计相应的试验件,进行不同层合板螺栓连接结构剪切性能测试。结果表明:含预埋件的连接结构的承载能力较强,尤其是钢板预埋件的连接结构,其承载能力约为其他两种连接形式的2倍;含套筒预埋件层合板螺栓连接结构的强度数值偏差最小,即性能更稳定。     

复合材料螺栓连接结构力学性能研究进展

复合材料螺接结构具有可靠性高和强度高等特点,在现代飞机结构中被广泛应用。通过总结复合材料螺接结构的研究进展,从失效形式、钉载分配预测方法、失效预测方法以及强度影响因素(铺层方式及拧紧力矩)等方面进行阐述,得出了如下结论:在钉载分配预测方法中,有限元法能够最真实地模拟复合材料螺栓连接结构,预测结果精度较高;在失效预测方法中,渐进损伤法在预测螺接失效行为上表现更好,可以清楚了解材料损伤情况。最后展望了未来复合材料螺栓连接性能的研究方向,可为复合材料螺接结构在航空航天领域的应用提供参考。     

抑制螺栓固定悬臂梁谐振效应的胶层设计

螺栓连接结构的受迫振动通常存在非线性谐振效应,这会影响基于线性近似的悬臂梁结构特征频率优化结果的可信度,因此必须对其谐振效应加以抑制。分析非线性来源可知螺栓连接面的碰撞等因素导致了非线性,提出在螺栓连接结合面添加弹性胶层的方法来弱化由于螺栓接触状态的周期变化导致的谐振效应,实验结果表明胶层的添加可以明显减弱螺栓固定结构非线性谐振。在此试验结果的基础上,利用拓扑优化方法,以应变能极小为目标对胶接层分布进行优化设计,仿真结果表明优化后的胶层分布可有效的抑制谐振响应。     

复合材料螺栓连接的强度预测与失效分析研究

采用APDL二次开发语言,建立了多层复合材料层合板螺栓连接的三维有限元模型,应用牛顿-拉普森非线性迭代算法,对多层复合材料层合板的螺栓连接模型的失效分析进行了研究,并对其最终失效进行了预测。分析计算得出层合板的铺层顺序不同,几何尺寸不同,螺栓连接结构的失效形式就不相同。在一定的程度上,采用合理的铺层顺序,可以优化载荷分配,提高连接效率。     

制作工艺对复合材料胶-螺混合连接接头传力机理及承载力的影响分析

根据制作过程中胶层固化的时机,复合材料胶-螺混合连接接头可分为两种制作工艺.目前对两种工艺制作的胶-螺混合连接接头的研究中均存在传力机理不清,缺乏承载力计算方法等问题.对于两种工艺所制作的胶-螺混合连接接头,对比分析其承载变形过程中传力机理及胶-螺之间变形协调条件的差异.基于接头的传力机理及胶-螺之间的变形协调条件,分...     

钉/孔摩擦对复合材料机械连接强度的影响研究

建立了复合材料层合板单钉连接强度分析的三维模型,模型考虑了螺栓-孔接触面的摩擦效应。研究结果表明,在各个铺层中,随着摩擦系数的增大,周向应力和径向应力减小。螺栓-孔接触面摩擦系数对复合材料的拉压强度和剪切强度有较大影响,在一定范围内增加摩擦系数将会提高接头的极限破坏载荷。