复合材料螺栓连接接头失效破坏研究

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1、暨南大学硕士学位论文题名（中英对照）：复合材料螺栓连接接头失效破坏研究（Studyonfailureofcompositeboltedjoints）作者姓名：瞿凯指导教师姓名：陈静芬及学位、职称：博士、副研究员学科、专业名称：土木工程、结构工程学位类型：工学硕士论文提交日期：2018.06.10论文答辩日期：2018.05.31答辩委员会主席：论文评阅人：学位授予单位和日期：暨南大学硕士学位论文摘要先进复合材料具有优异的性能，比如高比强度、高比模量、性能可设计性、材料与构件一体性等特点，已成为航空航天器及其他装备结构的基本材

2、料。复杂复合材料结构在工程中的大量应用，使得复合材料连接在结构设计中必不可免。螺栓连接能够传递较高的载荷且连接更加可靠，便于拆卸修理，因此被广泛应用于复合材料连接结构中。然而，很多影响因素对螺栓连接结构的极限承载能力和破坏模式起着重要的作用，比如宽径比、端径比、摩擦系数、预紧力、铺层顺序、铺层比例等。因此，有必要对研究这些影响因素对螺栓连接极限承载能力和破坏模式的影响。本文提出了一种能够有效预测复合材料螺栓连接结构的破坏强度和破坏模式的有限元数值方法。通过在ABAQUSv6.14有限元程序中建立螺栓连接结构的几何模型，采用了

3、ABAQUSv6.14自带的纤维增强复合材料弹性损伤模型模拟复合材料层合板的力学响应，同时介绍螺栓连接结构中预紧力和接触的建模方法。通过有限元模拟结果与试验结果对比，验证模型的有效性。进而研究不同宽径比(W/D)、端径比(E/D)、摩擦系数、预紧力、铺层顺序、铺层比例工况下复合材料螺栓连接单钉单剪结构的极限承载能力以及破坏形式。研究结果表明：一定范围内，结构的极限承载能力随着预紧力的增大而先变大后变小，随着摩擦系数的增大而增大，随着宽径比的增大而先变小后变大，随着端径比的增大而先增大后减小；当最外层为90°单层的时候，对结构

4、的极限承载能力有显著的提升作用。增加0°、45°单层的比例同时适当降低90°单层的比例可有效提高结构的极限承载能力；随着不同工况的变化破坏模式也发生变化。关键词：复合材料、螺栓连接、极限承载能力、弹性损伤模型。I暨南大学硕士学位论文ABSTRACTAdvancedcompositematerialshavebecometheprimarymaterialsofaerospaceandotherequipmentstructuresbecauseoftheirexcellentperformance,suchashighstr

5、ength-to-weightratio,highstiffness-to-weightratio,performancedesignabilityandintegrationofmaterialsandcomponents.Duetotheextensiveapplicationofcomplexcompositestructuresinengineering,compositejointsareinevitableincompositestructuraldesign.Boltedjointsofcompositestr

6、ucturesarewidelyusedbecauseoftheirhighloadtransfercapability,reliableconnectionandeasydisassemblyandrepairment.However,manyfactorsplayanimportantroleinaffectingtheultimatebearingcapacityandfailuremodesofboltedjointcompositestructures,suchaswidth-to-holediameterrati

7、o(W/D),edgedistance-to-holediameterratio(E/D),frictioncoefficient,pre-tighteningforce,stackingsequence,proportionofplieswiththesamefiberorientation,etc.Therefore,itisnecessarytostudytheinfluenceofthesefactorsontheultimatebearingcapacityandfailuremodeofboltedjoints.

8、Inthisdissertation,afiniteelementmethodisproposedtopredictthefailurestrengthandfailuremodesofboltedjointsofcompositestructures.Thefiniteelementmo