[发明专利]一种基于渐进损伤模型的预测复合材料螺栓连接失效的强度包线法

摘要

本发明涉及一种基于渐进损伤模型的预测复合材料螺栓连接失效的强度包线法，包括以下步骤(1)利用钉载分配分析方法对复合材料多钉连接结构进行钉载分配分析，以确定关键孔位置、关键孔载荷系数及关键孔的载荷比，即挤压载荷/旁路载荷；(2)基于渐进损伤模型确定多钉连接结构中复合材料孔板的强度包线；(3)根据复合材料孔板的强度包线预测关键孔的失效载荷及失效模式；(4)根据关键孔失效载荷及关键孔载荷系数计算多钉连接结构的失效载荷，根据关键孔失效模式确定多钉连接结构的失效模式。本发明适用于工程应用中复合材料螺栓连接结构的失效分析，代替了基于试验测试的强度包线法，节省了大量时间和成本，提高了结构设计效率。

主权项

一种基于渐进损伤模型的预测复合材料螺栓连接失效的强度包线法，其特征在于包括以下步骤：步骤Α，对复合材料多钉连接结构进行钉载分配分析确定关键孔；步骤Β，基于渐进损伤模型确定多钉连接结构中复合材料孔板的强度包线，这样即使结构材料、铺层、几何尺寸信息改变，也只需对渐进损伤模型中相应的信息进行修改即可；步骤C，根据上述步骤中确定的复合材料孔板的强度包线预测关键孔的失效载荷及失效模式；步骤D，根据关键孔失效载荷及步骤Α确定的关键孔载荷系数计算多钉连接结构失效载荷，根据关键孔失效模式确定多钉连接结构的失效模式；所述步骤B中基于渐进损伤模型确定多钉连接结构中复合材料孔板的强度包线的实现过程为：(B1)基于连接结构铺层参数建立单钉连接结构渐进损伤模型，并进行渐进失效分析，得到层板挤压强度[σbr]，即确定了水平的挤压失效曲线；(B2)基于连接结构铺层参数建立层板渐进损伤分析模型，并进行拉伸渐进失效分析，得到层板拉伸强度[σt]；(B3)基于渐进损伤分析确定与连接结构具有相同铺层的开孔板应力减缓因子Cby和受载孔板应力减缓因子Cbr，其具体流程如下：(B31)基于连接结构铺层参数分别建立开孔板和受载孔板渐进损伤分析模型，并进行拉伸渐进失效分析，得到开孔板和受载孔板拉伸破坏载荷Pult，并按下式计算得到复合材料拉伸应力集中系数Ktc和挤压应力集中系数Kbc：Ktc=[σt]Pult/(w-d)t]]>Kbc=[σt]Pult/dt]]>其中，w、t和d分别为开孔板或受载孔板的宽度、厚度和孔径；(B32)分别按下式计算具有相同几何尺寸的各向同性材料开孔板拉伸应力集中系数Kte和受载孔板挤压应力集中系数Kbe：Kte＝2+(1‑d/w)3Kbe=w/d+1w/d-1-1.5(1.5-0.5w/e)w/d+1]]>(B33)分别按下式计算复合材料开孔板应力集中减缓因子Cby和受载孔板应力集中减缓因子Cbr：Cby=Ktc-1Kte-1]]>Cbr=Kbc(w/d-1)-1Kbe(w/d-1)-1;]]>(B34)基于连接结构关键孔的几何参数计算各向同性材料开孔板拉伸应力集中系数Kte和受载孔板挤压应力集中系数Kbe，并按上述步骤中确定的开孔板应力集中减缓因子Cby和受载孔板应力集中减缓因子Cbr，由于对于相同铺层参数的连接结构应力减缓因子的值相同，所以在结构设计中，若铺层没有改变，只需进行一次渐进损伤失效分析就可确定一类铺层的应力减缓因子值；计算与连接结构对应的复合材料拉伸应力集中系数Kte及挤压应力集中系数Kbe：Ktc＝1+Cby(Kte‑1)Kbc=1+Cbr[Kbe(w/d-1)-1]w/d-1]]>(B4)将上述步骤中得到的复合材料拉伸应力集中系数Ktc、复合材料挤压应力集中系数Kbc及层板拉伸强度[σt]带入下式，可确定拉伸失效曲线：Kbcσbr+Ktcσby＝[σt]其中，σby和σbr分别为旁路应力和挤压应力；(B5)将上述挤压失效曲线和拉伸失效曲线绘制在分别以旁路应力σby和挤压应力σbr为横、纵坐标的坐标系中，即可得到传统强度包线，由一条水平挤压失效曲线和一条倾斜拉伸失效曲线组成。