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復合材料結(jié)構(gòu)機械連接接頭的破壞模式主要有被連接件的擠壓破壞、拉伸破壞、剪切破壞和劈裂破壞以及緊固件的剪切破壞等。其中拉伸和剪切破壞會導致結(jié)構(gòu)的突然失效，而擠壓破壞是一個逐漸損傷過程，不會導致結(jié)構(gòu)整體承載能力的衰減。因此，擠壓破壞常常被認為是復合材料結(jié)構(gòu)中螺栓連接接頭的主要破壞形式。
另外，針對端部約束的復合材料連接接頭三維問題，目前國外已經(jīng)對此開展了很多有益的研究和探索。Grutta等采用ABAQUS軟件對彎矩作用下的層合板螺栓連接接頭進行了強度分析。Calllari等采用三維有限元模型，利用ABAQUS軟件對層合板螺栓連接接頭的損傷進行了預測。結(jié)果表明，接頭的夾緊力以及墊片與層合板之間的摩擦力對損傷的產(chǎn)生及增長有很大的影響。在SAMCEF程序中引入三維有限元分析模型，對含中心孔的復合材料層合板的損傷破壞進行了分析。結(jié)果表明，有限元網(wǎng)格對損傷預測的影響較小，而基于連續(xù)損傷力學的三維有限元模型可以較好地預測橫向基體開裂破壞模式的累積損傷。Lin等采用MARC有限元分析軟件，對單剪連接的層合板接頭強度進行了分析，分析中考慮的多孔對接頭的影響。Liu等則針對含孔的厚層合板結(jié)構(gòu)的單釘連接接頭進行了分析，給出了區(qū)別釘彎曲和擠壓兩種損傷情況的參數(shù)，即層合板的厚度與孔直徑之比的平方。Gong等采用三維有限元分析技術(shù)，在TsaiWu準則基礎(chǔ)上，對扭矩作用下的含缺口的層合板的初始損傷進行了預測分析。國內(nèi)在有關(guān)三維問題方面的研究成果則較少。本研究針對T300/KH304復合材料層合板的單釘雙剪連接形式，分析了接頭的連接強度，并采用arnada-Sun準則預測了該層合板結(jié)構(gòu)雙剪連接接頭的破壞載荷。
T300/KH304復合材料層合板結(jié)構(gòu)如圖所示。e表示端距，d為板的孔徑，w為板的寬度。從主鋪層開始的輔助鋪層中，每兩層輔助鋪層的長度減少5直至最外面的兩層，即45。層為層合板的外表面。輔助鋪層共12層，有6個階梯。其中，孔的直徑為6.3，蓋板和螺栓的材料為30Cr1VInSiA鋼。在雙剪連接結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析中，采用有限元數(shù)值解技術(shù)分析結(jié)構(gòu)的強度。在有限元分析中，采用整體建模方法，對復合材料板采用八節(jié)點三維層狀結(jié)構(gòu)體單元，對金屬蓋板和螺栓采用八節(jié)點三維實體單元劃分網(wǎng)格。對單釘連接接頭結(jié)構(gòu)劃分的最終網(wǎng)格如圖所示，其中復合材料板共劃分為2032個單元，3009個節(jié)點，金屬蓋板和螺栓分別分為1200個單元、1224個節(jié)點和2704個單元、2680個節(jié)點。選用Yarnada-Sun準則，幾種尺寸的復合材料層合板在拉伸載荷作用下的破壞載荷計算結(jié)果如表所示。從表中可以看出，復合材料板寬度一定時，隨著端距的增加，其承載能力逐漸增大，當復合材料板的端距一定時，其破壞載荷隨著板寬度的增加而增大，即復合材料板的破壞載荷與板的寬度和端距，按照上述分析方法，對不同的寬度/孔徑比和端距/孔徑比雙蓋板結(jié)構(gòu)進行有限元分析，計算結(jié)果如圖所示。從圖中可以看出，當復合材料板的端距一定時，破壞載荷隨板寬的增加而增大。當w/d>5時，破壞載荷的變化較小，即在e/d為定值時，增加板的寬度，對復合材料板的承載能力影響不顯著。當寬度一定時，破壞載荷亦隨端距的增加而呈上升趨勢。當w/d>3時，破壞載荷隨端距的變化曲線增加幅度較小，說明當板的端距大于3倍的孔徑時，基本上可以認為破壞載荷不再受復合材料板端距的影響。
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