[發明專利]一種采用均勻釘載進行復合材料螺栓連接結構最終失效載荷預測的方法

有效

• 申請號: 201611042587.8
• 申請日: 2016-11-21
• 公開（公告）號: CN106768916B
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: 趙麗濱;劉豐睿;房子昂;張建宇
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;重慶大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明公開了一種采用均勻釘載進行復合材料螺栓連接結構最終失效載荷預測的方法，包括以下步驟：(1)根據螺栓連接結構信息計算強度包線；(2)采用均勻釘載方法計算每個螺栓的釘載系數、確定關鍵孔及其應力比；(3)采用強度包線計算關鍵孔失效載荷和失效模式；(4)利用關鍵孔失效載荷計算螺栓連接總的失效載荷。本發明是相對于現有的需要采用試驗或者復雜分析計算釘載分配再進行失效預測的方法，采用均勻釘載進行最終失效載荷預測，大大降低了失效預測時釘載分配的計算量。

技術領域

本發明涉及復合材料連接結構的失效預測，適用于航空航天飛行器中廣泛使用的復雜復合材料螺栓連接結構。

背景技術

先進復合材料具有高比強度、高比剛度、優異的抗腐蝕、抗疲勞性能和性能可剪裁設計等諸多優點，已成為現代飛機結構的主要材料，其在飛機結構上的應用部位已由次承力結構向主承力結構發展。復合材料螺栓連接結構是復合材料結構的一種重要連接形式，同時也是復合材料結構的薄弱環節，因此準確預測復合材料螺栓連接的失效對于復合材料螺栓連接結構的設計和分析具有重要的意義。

隨著復合材料連接結構設計和應用經驗的積累，工程設計人員建立了一些計算成本小、便于應用的復合材料螺栓連接設計和強度校核工程方法，如強度包線法、特征尺寸法等。無論采取何種強度校核方法，首先都需要通過釘載分配方法確定關鍵孔及其載荷比R(釘傳載荷/旁路載荷)，然后再進一步預測關鍵孔的失效載荷和失效模式，即通過釘載分配方法確定關鍵孔及其載荷比R是預測結構失效的前提和關鍵。本發明在分析連接結構的釘載分配情況時認為各個螺栓的釘傳載荷相同，即采用均勻分配載荷的預測方法。由均勻釘載分配方法分析得到關鍵孔的載荷比，進而可以采用強度包線法預測關鍵孔的失效載荷，最終對整體結構的失效載荷及失效模式進行預測。

發明內容

本發明要解決的技術問題為：克服現有技術的不足，提供一種采用均勻釘載進行復合材料螺栓連接結構最終失效載荷預測的方法，適用于工程應用中復合材料螺栓連接結構的失效分析，代替了基于剛度法等方法的螺栓連接結構載荷分配預測方法，提出了一種不考慮連接結構損傷過程中載荷比變化的載荷比計算公式，為復合材料螺栓連接結構設計與失效分析節省了大量時間和成本，提高了結構設計效率，可用于預測復合材料多釘連接結構的失效。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案為：一種采用均勻釘載進行復合材料螺栓連接結構最終失效載荷預測的方法，實現步驟如下：

步驟A，根據螺栓連接結構信息計算強度包線；

步驟B，采用均勻釘載方法計算每個螺栓的釘載系數、確定關鍵孔及其應力比；

步驟C，采用強度包線計算關鍵孔失效載荷和失效模式；

步驟D，根據關鍵孔失效載荷及步驟B確定的關鍵孔載荷系數計算多釘連接結構失效載荷，根據關鍵孔失效模式確定多釘連接結構的失效模式。

進一步的，所述步驟A中根據螺栓連接結構信息計算強度包線的實現過程結合圖3表示如下：

(A1)根據層壓板開孔拉伸試驗得到開孔拉伸失效載荷F_ult，作為E點的橫坐標；

(A2)結合層壓板拉伸強度試驗得到的層壓板拉伸強度[σ_b]，根據下式計算得到復合材料開孔拉伸應力集中減縮系數K_tc；

其中，W為層壓板寬度，D為層壓板孔直徑，t為層壓板厚度。

(A3)根據下式利用同尺寸各向同性材料應力集中系數，確定層壓板應力集中釋放因子C_re；

K_tc＝1+C_re(K_te-1)