层合板机械连接强度分析与优化及软件开发

【摘要】：复合材料因其优异特性在各领域的应用日益广泛,但存在各方面因素的限制使含复合材料结构中不可避免地需要与金属等其它构件进行连接,机械连接是最常采用的连接方式,但却常成为结构的薄弱环节,需要对其进行相关的理论、数值和试验研究。本文从便于工程应用的角度出发,进行了相关的研究与分析工作。 首先针对复合材料层合板单钉机械连接结构,采用经验公式、数值模拟和试验方法分别进行损伤破坏分析并进行比较,验证了使用Hashin失效准则及对应刚度衰减准则的复合材料机械连接累积损伤有限元模型,能较精确地模拟材料失效的全过程,分析了端距孔径比、孔径厚度比等几何因素变化对单钉机械连接层合板结构承载能力及挤压强度的影响,并将此模型推广到单列三排及单排三列的三钉机械连接层合板结构,分别研究了几何因素、铺层顺序、铺层比例、连接件材料对该结构的机械连接强度及钉载分配的影响,给出了推荐几何参数。 然后,采用参数化建模的方法,针对多排多列复合材料层合板机械连接结构进行了数值分析,提出了连接效率的判别指标,并利用枚举法对算例进行了多钉连接结构的钉排布优化。总结连接效率较高结构的钉排布规律发现,排距与列距单独满足设计要求的同时,还要综合考虑排距与列距的总和,才能保证连接效率较高。 最后,基于ABAQUS商业软件开发了层合板机械连接分析软件,该软件可以实现任意钉排布和钉尺寸的多排多列层合板机械连接结构的建模、分析及后处理的自动化完成,缩短了数值分析时间,固化了分析经验,并可方便应用于层合板机械连接结构连接效率的影响因素分析工作。