[發(fā)明專利]一種復(fù)合材料干涉配合接頭應(yīng)力分布計(jì)算方法有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201510213342.6 | 申請(qǐng)日: | 2015-04-29 |
| 公開(公告)號(hào): | CN104794299B | 公開(公告)日: | 2017-09-22 |
| 發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 程暉;宋丹龍;劉平;張開富 | 申請(qǐng)(專利權(quán))人: | 西北工業(yè)大學(xué) |
| 主分類號(hào): | G06F17/50 | 分類號(hào): | G06F17/50 |
| 代理公司: | 西北工業(yè)大學(xué)專利中心61204 | 代理人: | 王鮮凱 |
| 地址: | 710072 *** | 國(guó)省代碼: | 陜西;61 |
| 權(quán)利要求書: | 查看更多 | 說(shuō)明書: | 查看更多 |
| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 一種 復(fù)合材料 干涉 配合 接頭 應(yīng)力 分布 計(jì)算方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)加工與裝配領(lǐng)域,具體涉及一種復(fù)合材料構(gòu)件干涉配合接頭孔邊應(yīng)力分布計(jì)算方法,用于精確計(jì)算和分析復(fù)合材料構(gòu)件干涉裝配連接后的孔邊殘余應(yīng)力分布。
背景技術(shù)
與傳統(tǒng)金屬材料相比,復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有較高的比強(qiáng)度和比剛度以及抗腐蝕性能好等優(yōu)異性能,其在汽車、航空、航天等結(jié)構(gòu)重量敏感領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,尤其是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)已成為現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)的重要材料。復(fù)合材料主要承力結(jié)構(gòu)一般采用螺栓和鉚釘?shù)葯C(jī)械連接形式,但是復(fù)合材料接頭是其結(jié)構(gòu)中最薄弱的區(qū)域,根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì),有60%~80%的結(jié)構(gòu)失效發(fā)生在接頭部位。隨著干涉配合連接技術(shù)的發(fā)展,其在金屬結(jié)構(gòu)的裝配中得到廣泛應(yīng)用,并顯著提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞壽命。美國(guó)麥道公司研究證明復(fù)合材料干涉連接結(jié)構(gòu)同樣可提高其疲勞壽命,但是由于復(fù)合材料層間強(qiáng)度低和脆性原因,其干涉配合連接工藝要求較高,在實(shí)際中的應(yīng)用發(fā)展較為緩慢。
復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制孔和干涉配合連接后,接頭周圍會(huì)產(chǎn)生非常不均勻的殘余應(yīng)力,孔邊應(yīng)力集中較為嚴(yán)重,有可能使復(fù)合材料結(jié)構(gòu)萌生損傷,影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和壽命。孔邊殘余應(yīng)力主要與復(fù)合材料屬性、鋪層方向以及干涉量有關(guān),合適的干涉量能夠顯著提高結(jié)構(gòu)疲勞壽命,但是過大的干涉量會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擠壓損傷和分層損傷。
目前已有很多學(xué)者對(duì)復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)孔邊應(yīng)力分布開展了多種研究,其主要集中在以下兩個(gè)方面:含孔復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在多種外載荷作用下的孔邊應(yīng)力分布研究(Ukadgaonker VG and Rao DKN,“A general solution for stresses around holes in symmetric laminates under inplane loading”.Composite Structures,vol.49,No.3,2000,pp.339-354);復(fù)合材料間隙配合連接結(jié)構(gòu)在拉伸載荷下釘載應(yīng)力分布研究(Grüber B,Hufenbach W,Kroll L,Lepper M and Zhou B,“Stress concentration analysis of fibre-reinforced multilayered composites with pin-loaded holes”,Composites Science and Technology,vol.67,No.7-8,2007,pp.1439-1450)。對(duì)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)干涉配合接頭孔邊殘余應(yīng)力的研究主要采用有限元模擬和數(shù)值計(jì)算方法(Kim S,He B,Shim C,and Kim D,“An experimental and numerical study on the interference-fit pin installation process for cross-ply glass fiber reinforced plastics(GFRP)”,Composites:Part B,vol.54,pp.153-162),其計(jì)算時(shí)間成本非常大,而且計(jì)算時(shí)間隨計(jì)算精度的提高成指數(shù)級(jí)增大。
發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題
為了使復(fù)合材料零部件之間準(zhǔn)確可靠連接,以及密封和長(zhǎng)壽命需求,飛機(jī)承力結(jié)構(gòu)一般采用干涉配合連接,連接孔邊殘余應(yīng)力是評(píng)價(jià)連接質(zhì)量的關(guān)鍵因素,其直接影響著飛機(jī)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和疲勞壽命。針對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)干涉配合接頭孔邊殘余應(yīng)力的研究主要采用有限元模擬和數(shù)值計(jì)算方法,這種方法存在的主要問題有:1)計(jì)算時(shí)間成本非常大,而且計(jì)算時(shí)間隨計(jì)算精度的提高而成指數(shù)級(jí)增大;2)精確度浮動(dòng)性比較大,建模水平、邊界條件和載荷工況的真實(shí)性直接影響計(jì)算準(zhǔn)確度;3)未深入研究螺栓-孔表面接觸關(guān)系,以及非均勻應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理;
針對(duì)上述問題,本發(fā)明描述了一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)干涉配合接頭孔邊殘余應(yīng)力分布的計(jì)算和分析方法,基于Muskhelishvili和Lekhnitskii的彈性力學(xué)復(fù)勢(shì)理論,分別建立釘和孔的應(yīng)力分布模型,通過分析螺栓-孔變形前后接觸關(guān)系,確定螺栓-孔接觸應(yīng)力,并將其帶入孔邊應(yīng)力分布模型,實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)干涉配合接頭孔邊殘余應(yīng)力場(chǎng)的精確計(jì)算,為結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析奠定基礎(chǔ)。
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足和缺陷,提供一種復(fù)合材料構(gòu)件干涉配合接頭孔邊應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算和分析方法,用于精確、快速計(jì)算復(fù)合材料接頭干涉配合區(qū)域的殘余應(yīng)力分布,為研究干涉連接損傷和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度奠定基礎(chǔ),對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)干涉配合連接優(yōu)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。該方法計(jì)算量少、成本低并且具有較高的計(jì)算精度,能夠滿足實(shí)際復(fù)合材料裝配生產(chǎn)過程中的應(yīng)用需要。
技術(shù)方案
該專利技術(shù)資料僅供研究查看技術(shù)是否侵權(quán)等信息,商用須獲得專利權(quán)人授權(quán)。該專利全部權(quán)利屬于西北工業(yè)大學(xué),未經(jīng)西北工業(yè)大學(xué)許可,擅自商用是侵權(quán)行為。如果您想購(gòu)買此專利、獲得商業(yè)授權(quán)和技術(shù)合作,請(qǐng)聯(lián)系【客服】
本文鏈接:http://www.szxzyx.cn/pat/books/201510213342.6/2.html,轉(zhuǎn)載請(qǐng)聲明來(lái)源鉆瓜專利網(wǎng)。
- 同類專利
- 專利分類
G06F 電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理
G06F17-00 特別適用于特定功能的數(shù)字計(jì)算設(shè)備或數(shù)據(jù)處理設(shè)備或數(shù)據(jù)處理方法
G06F17-10 .復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算的
G06F17-20 .處理自然語(yǔ)言數(shù)據(jù)的
G06F17-30 .信息檢索;及其數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)
G06F17-40 .數(shù)據(jù)的獲取和記錄
G06F17-50 .計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
- 無(wú)機(jī)復(fù)合海參育苗室
- 復(fù)合材料管混凝土柱與復(fù)合材料拉擠型材梁的連接節(jié)點(diǎn)
- 采用海水海砂混凝土的耐海水腐蝕復(fù)合材料組合結(jié)構(gòu)
- 復(fù)合材料管混凝土柱與復(fù)合材料拉擠型材梁的連接節(jié)點(diǎn)
- 復(fù)合材料與混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)
- 復(fù)合材料與混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)
- 復(fù)合材料彈匣
- 一種不連續(xù)層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其制備方法
- 一種一體式全復(fù)合材料連桿結(jié)構(gòu)
- 一種熱復(fù)合設(shè)備





