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胶层对复合材料多螺栓连接力学性能及钉载分配的影响

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复合材料学报 2023年第6期40卷 3601-3612页

作者：唐玉玲任煜赫张峻霞韩露姜美姣天津科技大学轻工食品机械设备集成设计与在线监测天津市重点实验室天津300222

通过试验和数值方法研究了单搭接复合材料胶螺混合连接在拉伸载荷下的力学性能及钉载分配。测试了多螺栓机械连接和胶螺混合连接的破坏载荷、失效模式和钉载分配,结果显示两种连接方式下连接层合板的破坏模式均为拉伸破坏与挤压破坏的... 详细信息

通过试验和数值方法研究了单搭接复合材料胶螺混合连接在拉伸载荷下的力学性能及钉载分配。测试了多螺栓机械连接和胶螺混合连接的破坏载荷、失效模式和钉载分配,结果显示两种连接方式下连接层合板的破坏模式均为拉伸破坏与挤压破坏的混合失效模式,胶螺混合连接中胶层的破坏模式为胶层剥离。胶层的存在使混合连接的钉载分配更加不均衡,因此机械连接的整体结构破坏载荷要略大于胶螺混合连接。采用ABAQUS显示求解器建立了多螺栓机械连接和胶螺混合连接的渐进损伤模型,用VUMAT子程序预测复合材料的损伤,并利用粘结单元模拟胶层的失效。该模型可以有效预测结构的破坏载荷、失效模式和钉载分配。给出了混合连接中胶层的损伤演化过程,分析了加载过程中胶层对钉载分配的影响。钉载分配结果显示:机械连接的钉载分配呈现两边高,中间低的“盆状”分布,混合连接胶层延迟了螺栓受载,并改变了钉载分配的比例,使得最外侧螺栓承担了更大的载荷,加速了结构的破坏。

关键词：复合材料多螺栓连接胶螺混合连接钉载分配有限元分析

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多钉连接钉载分配特性研究方法

复合材料学报 2013年第1期30卷 210-217页

作者：刘向东李亚智舒怀刘兴科西北工业大学航空学院西安710072 中航工业飞机强度研究所西安710065

利用金属-复合材料层合板紧固件多钉连接件开展拉伸载荷下钉载分配特性的试验和有限元分析研究。试验件为一列三钉单搭接和双搭接连接件。通过应变电测技术获得连接件典型截面应变分布,再间接估算钉载分配比例。建立了试验件二维、三维... 详细信息

利用金属-复合材料层合板紧固件多钉连接件开展拉伸载荷下钉载分配特性的试验和有限元分析研究。试验件为一列三钉单搭接和双搭接连接件。通过应变电测技术获得连接件典型截面应变分布,再间接估算钉载分配比例。建立了试验件二维、三维有限元模型,并计算获得应变和钉载分配结果。对比发现,应变的计算值与实测值吻合,但钉载分配的计算结果与实测结果存在较大偏差。分析表明:基于表面应变测量估计钉载分配的方法不能反映连接件的附加弯矩对多钉钉载分配比例的影响;采用经过应变测量结果验证的有限元模型,通过数值计算确定钉载分配是一种可行的技术途径;而应用简化的板-梁二维有限元模型计算钉载分配可以满足工程精度要求。

关键词：多钉连接件钉载分配试验数值分析复合材料层合板

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考虑间隙配合的复合材料钉载分配均匀化方法

复合材料学报 2016年第4期33卷 806-813页

作者：谢宗蕻李想郭家平熊璇党晓娟西北工业大学航天学院西安710072 中航工业成都飞机设计研究所成都610041

针对多钉连接中因复合材料脆性等因素导致结构中的钉载分配不均匀,以及接头在承载较大的钉位置易发生过早破坏的问题,提出了调整钉孔配合间隙改善钉载分配的不均匀性的优化方法。首先,基于弹簧质量模型,以钉孔间隙为设计变量,建立了多... 详细信息

针对多钉连接中因复合材料脆性等因素导致结构中的钉载分配不均匀,以及接头在承载较大的钉位置易发生过早破坏的问题,提出了调整钉孔配合间隙改善钉载分配的不均匀性的优化方法。首先,基于弹簧质量模型,以钉孔间隙为设计变量,建立了多钉连接钉载分配的二次规划优化模型。然后,采用内点法对优化模型进行了求解,得到了优化模型的全局最优解。最后,以复合材料5钉双剪接头为例,对钉孔间隙进行了优化,将计算结果与有限元预测结果进行对比。结果表明:模型优化结果与有限元结果吻合较好,优化后最大钉载比例由41.1%降低到了20%。采用该模型可以高效、准确地实现复合材料多钉连接钉载分配比例的均匀化设计。

关键词：复合材料机械连接弹簧质量模型间隙配合钉载分配优化

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复合材料多排钉连接结构钉载分配规律

复合材料学报 2024年第4期41卷 2148-2156页

作者：宋鑫李伟李桐王成波王博大连理工大学、工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024 沈阳飞机设计研究所沈阳110035

针对复合材料多排钉连接结构实际强度破坏极限和破坏模式与传统工程算法不一致的问题,本文以光纤螺栓试验手段为基础,开展了复合材料连接结构钉载分配规律的研究。主要研究了钉载不对称、装配顺序、装配间隙等工艺特征对钉载分配的影响... 详细信息

针对复合材料多排钉连接结构实际强度破坏极限和破坏模式与传统工程算法不一致的问题,本文以光纤螺栓试验手段为基础,开展了复合材料连接结构钉载分配规律的研究。主要研究了钉载不对称、装配顺序、装配间隙等工艺特征对钉载分配的影响,同时建立了高精度有限元模型进行对比研究。研究结果表明:多排钉连接结构钉载不对称时会加剧钉载的不均匀分配;装配顺序对钉载分配存在影响,在装配螺栓时最后安装最外侧螺栓,可以有效降低钉载分布差异;连接结构存在一致装配间隙时的钉载分配与无间隙情况的载荷分配结果一致。同时,本文发现通过试验手段测得关键螺栓的钉载占比最大比有限元结果高出10%,因此工程算法需要根据装配间隙等制造和工艺特征进行修正。

关键词：光纤螺栓复合材料连接结构钉载分配有限元多排钉

环境温度和间隙对复合材料-金属混合结构机械连接钉载分配的影响

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复合材料学报 2021年第12期38卷 4228-4238页

作者：蔡启阳赵琪中国商飞上海飞机设计研究院上海201210

通过有限元模拟与试验相结合的方式,研究环境温度和间隙对复合材料-金属混合结构连接钉载分配和强度的影响。分别建立双钉单剪和三钉单剪有限元模型,并在模型中综合考虑了接触、金属塑性和复合材料渐进损伤等因素,研究了不同温度和间隙... 详细信息

通过有限元模拟与试验相结合的方式,研究环境温度和间隙对复合材料-金属混合结构连接钉载分配和强度的影响。分别建立双钉单剪和三钉单剪有限元模型,并在模型中综合考虑了接触、金属塑性和复合材料渐进损伤等因素,研究了不同温度和间隙情况下钉载的分配情况。研究表明,间隙对初始阶段钉载分配影响较大,但不影响塑性屈服阶段的钉载比例和承载能力;温度改变引起的热应力会带来额外的温度载荷,温度载荷对端部钉载影响较大,温度载荷与机械载荷叠加,会加剧端部钉载的分配不均。

关键词：混合结构有限元方法环境温度间隙配合钉载分配

复合材料多钉连接钉载分配均匀化的泰勒展开方法

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哈尔滨工业大学学报 2019年第11期51卷 108-115页

作者：李想谢宗蕻中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳621000 西北工业大学航天学院西安710072

大多数复合材料机械连接都是多钉连接,但由于复合材料的脆性等因素,钉载分配往往极不均匀,极易引起接头的过早破坏.为改善钉载分配的不均匀性,工程中通常采用在承载较大的钉孔处设计间隙配合的方法,然而间隙量的大小一般难以确定.本文... 详细信息

大多数复合材料机械连接都是多钉连接,但由于复合材料的脆性等因素,钉载分配往往极不均匀,极易引起接头的过早破坏.为改善钉载分配的不均匀性,工程中通常采用在承载较大的钉孔处设计间隙配合的方法,然而间隙量的大小一般难以确定.本文基于一阶泰勒展开方法提出一种确定该间隙的近似算法.首先将钉载关于钉孔间隙进行一阶泰勒展开,进而建立钉载和钉孔间隙之间的线性方程组.然后在指定外载荷条件下,以钉载均匀分配时的螺栓载荷为已知量,以钉孔间隙为未知量,计算各钉近似均匀分配时的钉孔间隙.以5钉连接接头为例,对模型有效性进行验证.结果表明,优化后,首钉钉载比例由45.1%降低到23.0%,首钉位置净截面的拉伸应力和压缩应力也有明显降低,较优化前分别下降26%和39%.最后基于验证的优化模型研究了宽度、排距、螺栓数目以及外载荷等参数的影响.模型分析效率高,对于n钉连接的多钉连接问题,只需n+1个有限元模型即可计算得到钉载近似均匀分配时的钉孔间隙.模型对复合材料多钉连接的均匀化设计具有重要的指导意义.

关键词：复合材料多钉连接钉载分配均匀化间隙配合

复合材料两钉斜削搭接接头钉载分配与连接强度研究

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机械工程学报 2012年第20期48卷 57-62页

作者：朱红红李成何龙铁瑛郑州大学机械工程学院郑州450001

针对复合材料层合板与斜削金属材料板双搭两钉连接接头,基于有限元分析软件ANSYS技术平台,对7种不同几何参数的连接接头钉载比例进行计算分析,探讨螺栓直径配置及金属板厚度对钉载分配的影响。结果表明,降低靠近层合板加载端螺栓直径有... 详细信息

针对复合材料层合板与斜削金属材料板双搭两钉连接接头,基于有限元分析软件ANSYS技术平台,对7种不同几何参数的连接接头钉载比例进行计算分析,探讨螺栓直径配置及金属板厚度对钉载分配的影响。结果表明,降低靠近层合板加载端螺栓直径有助于改善钉载分配,而提高或降低远离加载端的螺栓直径均无益改善钉载分配,降低接头金属连接板非斜削端厚度有助于优化钉载分配;另对上述接头中等直径螺栓连接的斜削形式和等厚度搭接形式接头进行的损伤累积仿真模拟及静拉伸极限强度计算表明,斜削搭接形式下层合板各角度铺层初始损伤载荷及接头整体最终失效载荷值均高于等厚度搭接,且计算发现,在极限载荷水平下,斜削接头持续保持较等厚度搭接接头钉载分配方面的优势,得出其连接强度的提高与它载荷分配优势从加载初持续到最终失效是分不开的结论。

关键词：复合材料斜削连接多钉钉载分配连接强度

考虑间隙和拧紧力矩的复合材料钉载分配均匀化方法

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航空学报 2019年第3期40卷 285-296页

作者：李鹏周晚林李蓓邵金涛南京航空航天大学机电学院南京210016 南京林业大学经济管理学院南京210037

一种通过调整钉-孔间隙和拧紧力矩改善复合材料多钉连接钉载分配不均匀性的方法被提出。首先,基于改进的钉载分配测量方法测量各钉承载比例,采用SPSS软件得到各钉载比例的多元线性回归函数,并以钉-孔间隙和拧紧力矩为设计变量,建立多钉... 详细信息

一种通过调整钉-孔间隙和拧紧力矩改善复合材料多钉连接钉载分配不均匀性的方法被提出。首先,基于改进的钉载分配测量方法测量各钉承载比例,采用SPSS软件得到各钉载比例的多元线性回归函数,并以钉-孔间隙和拧紧力矩为设计变量,建立多钉连接钉载分配的线性优化模型。然后,采用单纯形算法对优化模型进行求解,得到优化解。最后,以三钉单剪连接为例,对比计算和试验测量结果。结果表明:求解结果与试验测量结果吻合度较高;优化后,最高钉载比例从36.06%降低到33.45%;三钉单剪连接结构承载能力提高约10.8%,且改善结构失效形式为钉-孔挤压失效。

关键词：复合材料连接间隙拧紧力矩钉载分配均匀化

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腹板-翼缘搭接连接结构钉载分配特性研究

中国机械工程 2019年第9期30卷 1041-1048页

作者：李斌斌赵友坤刘杰西安微电机研究所西安710077 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

以腹板-翼缘搭接连接结构为研究对象,分析了四点弯曲、三点弯曲两种简支形式的钉载分配特性以及不同简支形式对钉传载荷的影响。利用应变电测法测量了平板及上翼缘螺栓连接区的应力分布;采用ABAQUS软件建立了三维有限元实体模型,对螺栓... 详细信息

以腹板-翼缘搭接连接结构为研究对象,分析了四点弯曲、三点弯曲两种简支形式的钉载分配特性以及不同简支形式对钉传载荷的影响。利用应变电测法测量了平板及上翼缘螺栓连接区的应力分布;采用ABAQUS软件建立了三维有限元实体模型,对螺栓群的钉载分配行为进行了仿真分析。结果表明,四点弯曲试件的钉载分配特性与三点弯曲的钉载分配特性相比存在明显差异:对于四点弯曲试件,平板以及上翼缘处螺栓群的钉载几乎是对称分布的;而对于三点弯曲试件,结构的不对称造成了钉载分布的不对称。此外,无论四点弯曲试件还是三点弯曲试件,对于平板上单侧的螺栓群,钉载分配均呈两边高、中间低的"浴盆状"分布;对于上翼缘连接区的螺栓群,越靠近两工字梁对接面,钉传载荷越小,反之亦然。

关键词：腹板-翼缘搭接连接钉载分配有限元分析四点弯曲三点弯曲