复合材料层合板螺栓连接的可靠性研究

摘要

复合材料在航空航天领域应用广泛，而机械连接部位更是结构构件的关键部位和薄弱环节。机械连接一旦出现问题，就会造成很严重的后果。复合材料制造工艺复杂，力学性能易呈现明显的分散性，并且存在着很多不确定因素。因此在设计机械连接件时，材料性能的随机性必须考虑。由于随机性，需要重新对机械连接件的安全可靠程度进行评估。本文依照可靠性理论和响应面法，利用有限元程序综合研究了复合材料层合板螺栓连接的可靠性问题，这对复合材料连接结构可靠性设计有重要价值。 本文首先建立连接结构的三维有限元模型，并进行累积损伤分析。对结构施加载荷，接着选取不同的失效判定准则及刚度退化方法分析极限强度，将分析结果与实验值进行对比，验证失效准则的正确性。 其次，对连接结构进行可靠性分析。将材料的性能参数作为基本随机变量，建立结构失效的功能函数。由于该功能函数为隐式表达，使用响应面法将其拟合为显式函数，进行结构可靠度的求解，并且研究材料基本随机变量的分散性对失效概率的影响。 最后，对三种螺栓连接方案进行三维静强度分析以及基于响应面法的失效概率分析，研究材料尺寸及铺层变化对结构极限强度以及失效概率带来的影响，并以此提出改进意见。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

第2章 复合材料基础

2.1引言

2.2复合材料特点

2.3复合材料相关力学理论

2.4复合材料强度与失效

2.5本章小结

第3章 基于响应面的可靠性分析方法

3.1引言

3.2响应面函数的构造

3.3 结构可靠度计算

3.4 算例

3.5 本章小结

第4章 复合材料螺栓连接的累积损伤分析

4.1引言

4.2有限元模型建立

4.3累积损伤分析

4.4 机械连接三维静强度分析

4.5 本章小结

第5章 基于响应面法的螺栓连接可靠性研究

5.1 引言

5.2 损伤模型的建立

5.3 采用验算点法计算可靠度

5.4 复合材料连接结构的可靠性算例

5.5 机械连接失效影响因素研究

5.6 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录