复合材料机械连接部位疲劳寿命预测方法研究

摘要

机械连接是复合材料结构的主要连接形式。为满足结构完整性要求，机械连接要求能承受一定的静载荷及疲劳载荷。机械连接部位较大的应力集中使它成为复合材料结构的重要疲劳薄弱环节，因此，一种能适合工程需要的损伤失效及疲劳寿命预测方法仍然是一个重要的研究课题，也是工程界迫切需要解决的关键问题之一。
　　 本文针对层合板单排多钉接头，对其损伤失效及疲劳寿命进行了研究。结合有限元技术即应力分析、失效判定准则、损伤过程中材料性能退化及机械连接最终失效准则，对复合材料机械连接多钉接头部位在静载及疲劳载荷作用下的累积损伤失效过程及各钉孔孔径的变化过程进行模拟分析。研究开发了便于工程应用的界面友好、操作方便的仿真分析软件。
　　 其次，对层合板接头进行了大量的试验研究。考虑了不同的连接钉数（单钉和三钉）、三钉接头的三种几何尺寸及不同拧紧力矩对其静强度及疲劳性能的影响，同时使用渗透剂增强的X射线图像技术对静载和疲劳损伤扩展及累积过程进行了无损检测，并对其进行了分析探讨。
　　 最后，对各种类型层合板接头静拉伸及拉－拉疲劳载荷作用下的逐渐损伤扩展与失效规律进行了仿真分析，并与试验结果进行了对比，结果表明：本文建立的静强度及寿命预测方法能够很好地预测层合板接头的强度、寿命以及损伤发生、扩展及最终失效。