一种复合材料螺栓连接强度三维分析方法

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摘要:本文的重点就是分析一种特征曲线法,一种基于复合材料三维的应力分析,目的就是为了计算复合材料螺栓连接件的迁都问题。该方法与基于二维应力分析的特征曲线法相比,可以考虑螺栓拧紧力矩对接头强度的影响。通过对算例的分析及与试验结果的对比,证明本文提出三维特征曲线法是可用于复合材料螺栓连接强度分析,是一种适合工程计算的有效方法。

关键词:复合材料 特征曲线法 连接强度

中图分类号:V25 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)09(c)-0109-01

Kweon Jin-Hwe的二维数值特征曲线法实际上有一定的应用缺陷,本文通过对这种特征曲线法进行一定的改进,使之能够应用于有限三维模型上,改进后的特征曲线法对于螺栓的拧紧力矩的变化可能影响到螺栓接头强度给予了充分的考虑,所以测试结果能够更加准确。

1 基于三维数值的特征曲线法分析

2 算例

2.1 模型建立

采用ANSYS大型有限元软件对这种三维有限元模型进行分析,因为这个模型是堆成的,所以可以使用接头的一半来进行研究,如图1所示,就是接头有限元模型示意图。

2.2 特征长度计算方法分析

2.3 失效载荷计算和结果分析

根据所得到的拉伸和压缩特征长度,再确定各个试件的特征曲线。然后对接头进行应力分析,并且使用最新的特征曲线分析法进行相应的计算结果分析,得出18N·m的拧紧力矩是试件1,而12N·m的拧紧力矩则是试件2,试件3在6N·m的拧紧力矩时失效载荷最大。经过计算,当试件强度最大各试件失效载荷最大时所受拧紧力矩引起的侧压值均为60MPa左右。这说明连接件只有在合适的拧紧力矩下强度才能达到最大,拧紧力矩过大或过小都会对强度造成影响。由此可见使用特征曲线法计算的特征强度要比实验数据更为精确。

3 结论

通过上面的分析,可以得出两个结论:其一是改进了基于单向层的三维特征曲线法,提升了特征曲线法的精确度,目前将最大误差已经控制在了4%一下;其二就是简化了运算模式,通过建立简单的三维元模型,在基本数值特征曲线法的基础上来有效的模拟螺栓拧紧力矩的影响,这种方法被证实简单,有效,能够满足大型工程建设的需求。

参考文献

[1]Whitney J M,Nuismer R J.Stress Fracture Criteria for Laminated Composites Containing Stress Concentration[J].J Compos Mater,1974,10:253-265.