复合材料非平面连接接头强度预测
周小红张东华（北京机电工程研究所，北京100074）
文摘基于渐进损伤分析方法，对一种复合材料非平面连接接头承受轴向拉伸载荷作用下的失效强度进行了研究，建立了三维渐进损伤有限元模型预测连接结构的失效行为，预测的失效载荷和载一位移曲线与试验结果的对比一致，验证了分析的有效性。
关键词复合材料，非平面连接接头，强度
中图分类号：V19
D0I:10.3969/j.issn.10072330.2015.04.007
TensileStrengthPredictionofOut-of-PlaneCompositeJoints
ZHOUXiaohong
ZHANG Donghua
(Beijing Electro-Mechanical Engineering Institute, Beijing 100074)
AbstractBased on the progressivedamage analysis method,thefailure of an out-of-plane composite joint under axial tensile loading is investigated. A progressive damage model consisting of a three dimensional FEM model is es tablished to predict the failure behavior of the joint. The predicted failure load and load-displacement curve are vali-dated by the experimental results
Key wordsComposite, Out-of-plane joints,Strength
0引言
先进复合材料因其高比强度、高比模量、优良的抗疲劳性、材料铺层的可设计性等优异特性，在航空航天飞行器的结构中得到日益广泛的应用。在结构设计中，复合材料结构部件的发展方向是力求实现结构的整体性。不用或者少用连接，就可以明显减轻结构的质量和提高结构的效率，但是，由于当前技术水平的限制（例如热压罐尺寸、模具尺寸、材料和加工设备的限制等)以及结构设计、工艺、检验、运输和维修方面的需要，必需安排一定数量的设计和工艺分离面、维护口盖和多种外挂接口等。因此，在复合材料结构设计中，接头设计是必不可少的关键环节。
非平面复合材料接头是飞行器设计中一种重要的连接形式，然而，复杂的连接部位往往也是初始损伤发生的起点和整体结构中的薄弱环节，对复合材料非平面接头承载能力的研究是复合材料分析中的个热点1-4】。本文对一种整体化非平面L型复合材料连接接头结构进行了抗拉强度预测分析，应用最大应力准则和渐进损伤模型摸索了损伤历程和极限承载能力。并设计完成了两件接头试验件的拉伸强度
试验，通过与试验结果对比，验证了损伤分析模型的有效性。
1结构几何与分析模型 1.1结构几何模型
非平面L型接头是一种典型的复合材料整体化结构，其功能之一是可实现两个结构之间的端面连接固定，将复合材料平面弯折成L型用于螺钉连接，同时为降低拐角部位的应力，在螺钉孔两侧一般会增加斜支撑来帮助承载，接头结构几何模型及装配关系如图1所示[5-7]。
L型接头螺栓连接部分厚15mm长边部分厚8 mm。螺栓连接部分铺层顺序为：前端2.5mm为准对称均衡铺层，3mmL型外蒙皮为[±45/45/0/0/ 45/90/45/0/0]s，4.5mm填充为准对称均衡铺层，5 mm内蒙皮为准对称均衡铺层；L型长边部分铺层顺序为：3mm外蒙皮为[±45/45/0/0/45/90/45/0/ 0]s,5mm内蒙皮为准对称均衡铺层。复合材料接头全部采用T700碳纤维/环氧树脂，材料性能E=135 GPa, E=9 GPa, G=4 GPa, V=0.34, X,=2 000 MPa,X,=1120 MPa,Y,=43MPa,Y.=180 MPa
收稿日期：2015-07-03
作者简介：周小红，1976年出生，高级工程师，主要从事复合材料结构设计与分析研究工作。E-mail：shanxixiaohong163.com
字航材料工艺万方数据
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2015年第4期
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