温度对复材与金属混合结构钉载分配的影响

层合板复材与金属连接混合结构已经大量应用于飞机机身和机翼的设计之中。连接部位往往是结构最危险部位,如何提高连接部位的安全性已经成为飞机设计人员关切的主要问题之一。鉴于此,以承受拉伸载荷的层合板和铝合金连接结构为研究对象,针对五螺栓单剪搭接及双剪对接结构模型,同时考虑温度载荷、数值仿真温度对复材与金属混合结构钉载分配的影响。仿真结果表明:复材与铝合金混合结构钉载分配呈U形分布,中部低,两侧高;温度载荷对两侧钉载分配影响较大。分析结果对复材与金属搭接设计具有一定的参考意义。     

复合材料两钉斜削搭接接头钉载分配与连接强度研究

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。     

腹板-翼缘搭接连接结构钉载分配特性研究

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。     

预紧力作用下受拉层合板孔边接触问题研究

预紧力作用下受拉复合材料层合板连接件的孔边受载情况发生变化,对结构承载性能产生一定影响,以单钉双剪复合材料层合板为研究对象,给出了复合材料层合板螺栓连接孔边不同区域的接触边界条件,在此基础上建立三维有限元模型,对预紧力影响下的单钉双剪板孔边应力进行求解,获得了不同预紧力下孔边面内接触应力沿孔分布规律。结果表明:随着预紧力增加在连接孔的孔边接触区、过渡区和大部分非接触区,面内应力水平不断降低,但在孔的160°到180°的非接触区孔边应力取值出现一定上升趋势。     

机械连接结构中紧固件附近的力学性能

在经典弹性力学和弹簧模型方法的基础之上,采用ANSYS三维有限元方法,对单排多钉连接结构的钉载分配、孔边危险点的应力情况进行了分析,研究了影响钉载分配关系与孔边应力分布情况的主要因素,包括板厚、材料性能、构件尺寸及连接工艺等,重点探讨了板厚、材料刚度对孔边应力集中的影响。     

机翼内外翼连接区域螺栓钉载分析与布局优化

针对机翼内外翼连接区域的结构特点,建立了内外翼连接区域螺栓连接的有限元计算模型。利用有限元软件进行了螺栓连接应力分析,获得了连接区域螺栓的钉载大小,并对螺栓布局参数进行灵敏度分析,确定了布局参数对钉载分布的影响规律。运用黄金分割法对螺栓布局参数进行了优化,使得最严重工况下的螺栓钉载值下降了18.61%,提高了结构的承载效率,为某型战机机翼内外翼连接区域螺栓设计提供了依据。     

"三明治"式复合结构床身连接件设计与性能研究

以外部钢板和内部填充混凝土的"三明治"式复合结构床身具有动力学和热力学稳定的特点.但由于切削载荷引起的剪切力作用,内外层之间易发生"剥离"现象,需要加强联结以抵抗剪切变形.针对连接件的抗剪分析和优化设计问题,首先构建单钉单剪的物理模型,利用等效替换将其结构简化为悬臂梁,分析连接件的应力分布;并对结构进行抗剪分析,对比不同连接件的抗剪性能以确定连接件类型;在此基础上,以连接件直径、排布方式为研究因素进行有限元分析以确定群钉效应对力学性能的影响;并进一步建立连接件的剪力传递理论以验证连接件的抗剪刚度规律.结果表明:相同参数的连接件,单栓钉受剪性能优于单螺栓,不同直径的多栓钉受剪性能受其排布方式及受力方向的共同影响,并且有限元分析结果与建立的受剪承载力计算公式吻合较好,可为连接件在"三明治"式复合结构床身中的应用提供了理论基础.     

层合板多钉机械连接载荷分配三维有限元分析

用三维有限元方法对层合板单排四钉机械连接钉载分配进行了分析。计算了复材板与钢板、铝板双搭接时的载荷分布。结果表明,在最大承载孔上理论值与试验值误差不大于１６％。各孔的载荷分配主要取决于连接板的刚度,与孔径关系不大。     

民用飞机典型连接非规则结构的紧固件钉载分布研究

根据计算简单、规则的单剪连接结构钉载分布的解析法,基于工程公式,给出了不同紧固件直径、钉间距、板宽、板厚下的柔度系数,建立了各相邻紧固件间的变形协调方程,结合力的平衡条件,给出了不同紧固件直径、钉间距、板宽、板厚下的钉载分布计算方程组,拓展了解析法的适用范围;基于有限元法,在有限元软件中建立了计算钉载的有限元模型,将有限元法与解析法的计算结果进行对比,验证了解析法在计算板宽、板厚、钉直径、钉间距非恒定时的典型连接结构钉载分布的有效性。     

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。