碳纤维增强复合材料螺栓连接结构失效强度数值计算研究

摘要

复合材料科学技术的迅猛发展让科技工作人员有了新的研究方向，它的应用范围不断遍及在大型飞机、战斗机，轮船、潜艇、海洋石油平台等领域，甚至在生命科学、医学等领域都有其用武之地。复合材料技术已成为工程科学领域一个举足轻重的分支。伴随着复合材料的广泛应用，复合材料间的连接强度也越来越被业界学者和工程师所关注。调查研究显示，复合材料结构失效70％是发生在结构间连接处。在众多的连接形式中，机械连接仍然占据主要地位，其中较为典型的便是螺栓连接形式。
　　本文主要基于ABAQUS有限元分析软件，首先通过Python编写命令流，建立碳纤维复合材料开孔层合板在拉伸载荷下的模型，通过调用Fortran编写的损伤子程序，模拟层合板的损伤过程，预测碳纤维复合材料层合板的破坏载荷和损伤类型，并研究孔径、铺层角度等对层合板失效强度的影响。
　　然后，基于Hashin失效准则和渐进损伤理论对复合材料单螺栓连接结构进行仿真计算，模拟连接结构在拉伸位移下的损伤情况，提取施加在端面上的位移与载荷，获得位移-载荷曲线，得到破坏载荷的大小。通过改变螺栓的直径、端径比（E/D）、铺层角度（90°铺层所占比）等参数，研究其对单螺栓连接结构的渐进损伤失效的过程和对失效强度的影响。
　　最后，为进一步分析复合材料连接结构的破坏形式，优化螺钉承载分配，对多螺栓连接结构进行仿真计算，对连接结构参数包括孔径、端径比和铺层类型（均衡对称铺层的层合板、斜交层合板、正交各向异性层合板、各向同性层合板等）进行模拟分析，优化了双螺栓连接结构，给出了连接结构的设计参考值。

目录

声明

1绪论

1.1研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究的主要内容

2 含孔复合材料层合板失效强度研究

2.1 参数化建模

2.2 损伤失效分析方法

2.3 验算算例

2.4 本章小结

3 碳纤维复合材料单螺栓连接结构失效强度研究

3.1 单钉连接结构失效损伤模型

3.2 不同孔径的连接结构失效强度分析

3.3不同端径比（E/D）的连接结构失效强度分析

3.4不同铺层角度的连接结构失效强度分析

3.5本章小结

4碳纤维复合材料多螺栓连接结构失效强度研究

4.1多钉连接结构失效损伤模型

4.2不同孔径的连接结构失效强度分析

4.3不同端径比（E/D）的连接结构失效强度分析

4.4不同铺层角度的连接结构失效强度分析

4.5本章小结

5 总结与展望

5.1本文总结

5.2工作展望

致谢

参考文献