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先進(jìn)復(fù)合材料因其高比強(qiáng)度高比剛度良好的抗疲勞性和材料鋪層的可設(shè)計(jì)性等優(yōu)異特性，在航空航天飛行器的結(jié)構(gòu)中得到日益廣泛地應(yīng)用，其中連接設(shè)計(jì)在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中是必不可少的關(guān)鍵環(huán)，連接部位孔邊的應(yīng)力情況比較復(fù)雜，導(dǎo)致連接部位失效模式呈多樣性和復(fù)雜性因此，如何準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)連接部位的強(qiáng)度分析，還有零部件的失效模式與失效規(guī)律，對(duì)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是極為重要吮很多學(xué)者，在機(jī)械連接接頭的連接強(qiáng)度和破壞模式方面進(jìn)行了大量的研究文獻(xiàn)。
累積損傷分析方法為基礎(chǔ)，對(duì)層合板接頭進(jìn)行靜強(qiáng)度分析，該方法為更好地模擬、分析復(fù)合材料接頭破壞形式和逐漸破壞的過(guò)程提供一種強(qiáng)有力的手段以上研究大多針對(duì)單釘連接接頭強(qiáng)度進(jìn)行估算，對(duì)于多釘連接接頭的強(qiáng)度估算只有很少的幾種，其中一種是根據(jù)工程實(shí)踐提出的經(jīng)驗(yàn)方法，這種方法根據(jù)實(shí)際層壓板接頭的幾何尺寸，需要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)測(cè)定各種參數(shù)，所以費(fèi)時(shí)費(fèi)力，使用起來(lái)不夠方便還有一些研究人員，以有限元應(yīng)力分析為基礎(chǔ)，采用準(zhǔn)則預(yù)測(cè)了層合板結(jié)構(gòu)雙剪聯(lián)接接頭的破壞載荷，但對(duì)損傷機(jī)理及損傷擴(kuò)展過(guò)程未做深入探試文獻(xiàn)，考慮了接觸狀態(tài)非線性和累積損傷過(guò)程非線性的影響，對(duì)單列多釘進(jìn)行了仿真模擬分析，但對(duì)材料非線性并未深入研究。
本研究針對(duì)復(fù)合材料層合板的單排多釘雙剪連接接頭，在文獻(xiàn)考慮單層復(fù)合材料在材料面及面上的非線性剪切應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系(材料非線性)的基礎(chǔ)上，分析不同最終失效判定準(zhǔn)則對(duì)接頭靜強(qiáng)度預(yù)測(cè)的影響和適用性，并進(jìn)一步分析不同孔間距離對(duì)接頭強(qiáng)度的影口對(duì)機(jī)械連接接頭部位在靜載作用下的累積損傷失效過(guò)程及釘孔孔徑的變化過(guò)程進(jìn)行仿真模擬分機(jī)最后通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證該方法的適用性。
失效判定準(zhǔn)則采用在Hashin三維失效準(zhǔn)則基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的含材料非線性因子的失效判定準(zhǔn)則。根據(jù)復(fù)合材料接頭結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的破壞模式，本研究不僅采用復(fù)合材料接頭結(jié)構(gòu)最終破壞判定準(zhǔn)則(擠壓破壞拉伸破壞剪切破壞)，還采用釘孔永久伸長(zhǎng)變形超過(guò)允許值的最終破壞判定準(zhǔn)則，即當(dāng)層合板多釘接頭任一種鋪層的任一個(gè)螺栓孔孔徑變形超過(guò)允許值時(shí)，則認(rèn)為接頭發(fā)生破壞為方便下文敘述，本研究把擠壓破壞稱為第一種破壞準(zhǔn)則，孔變形超過(guò)允許值稱為第二種破壞準(zhǔn)則，無(wú)法繼續(xù)承載的破壞形式(剪切破壞或拉伸破壞)稱為第三種破壞準(zhǔn)則，隨著載荷的增加，材料性能將發(fā)生變化，針對(duì)試驗(yàn)所用的T300/BMP316聚酞亞胺樹(shù)脂基復(fù)合材料，選取了文獻(xiàn)采用的材料退化方法，基體拉伸或壓縮破壞，纖維拉伸或壓縮破壞，退化到相應(yīng)每個(gè)變量都乘以折減系數(shù)，有限元分析時(shí)采用了力加載方式，即假設(shè)每層的加載應(yīng)力相等。
在商業(yè)化有限元軟件ANSYS基礎(chǔ)上，編寫了復(fù)合材料多釘接頭三維累積損傷強(qiáng)度分析程序，其流程如圖所示分析流程如下：對(duì)有限元模型施加初始載荷P進(jìn)行應(yīng)力分析，檢查層合板是否有單元發(fā)生失效，如果沒(méi)有有限元單元發(fā)生失效，則載荷相應(yīng)增加△P，可以進(jìn)行下一步的應(yīng)力分析，如果有單元發(fā)生失效，則對(duì)發(fā)生失效的單元進(jìn)行材料性能突然退化，并判斷結(jié)構(gòu)是否發(fā)生完全破壞，如沒(méi)發(fā)生完全破壞，重新在此載荷下進(jìn)行應(yīng)力分析，循環(huán)繼續(xù)，直到結(jié)構(gòu)最終失效需要說(shuō)明的是每次應(yīng)力分析的有限元幾何模型與初次應(yīng)力分析時(shí)的有限元幾何模型是一致的，只是部分單元的材料屬性發(fā)生了突然退化本文在模擬加載過(guò)程中對(duì)3個(gè)釘孔的變形進(jìn)行了全程的數(shù)據(jù)記錄，d，g，f分別為3個(gè)螺栓釘孔在同一鋪層孔接觸面上。與180°向上的節(jié)點(diǎn)，這樣在載荷增加的任一步，3個(gè)孔徑的變形量。
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