复合材料机身壁板的纵向连接设计与失效分析.pdf

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1、航空学报A u g.2 52 0 1 2 V o l.3 3 N o.81 4 2 7-1 4 3 3A c t aA e r o n a u t i c ae tA s t r o n a u t i c aS i n i c aI S S N 1 0 0 0-6 8 9 3C N1 1-1 9 2 9/V收稿日期:2 0 1 1-1 0-1 3;退修日期:2 0 1 1-1 1-1 4;录用日期:2 0 1 1-1 2-3 0;网络出版时间:2 0 1 2-0 2-0 10 9:4 1网络出版地址:w w w.c n k i.n e t/k c m s/d e t a i l/1 1.1

2、9 2 9.V.2 0 1 2 0 2 0 1.0 9 4 1.0 0 4.h t m l基金项目:国家自然科学基金(1 0 8 7 2 0 9 1)通讯作者.T e l.:0 2 5-8 4 8 9 6 2 5 6E-m a i l:p h c h e n n u a a.e d u.c n引引用用格格式式:Q i a nYB,Z h o n gXD,C h e nPH,e t a l.L o n g i t u d i n a l p a n e l s p l i c ed e s i g na n d f a i l u r ea n a l y s i s o f c o m p o

3、 s i t e f u s e l a g e s t r u c t u r e s.A c-t aA e r o n a u t i c ae tA s t r o n a u t i c aS i n i c a,2 0 1 2,3 3(8):1 4 2 7-1 4 3 3.钱一彬,钟小丹,陈普会,等.复合材料机身壁板的纵向连接设计与失效分析.航空学报,2 0 1 2,3 3(8):1 4 2 7-1 4 3 3.h t t p:/h k x b.b u a a.e d u.c n h k x b b u a a.e d u.c n文章编号:1 0 0 0-6 8 9 3(2 0 1

4、2)0 8-1 4 2 7-0 7复合材料机身壁板的纵向连接设计与失效分析钱一彬1,钟小丹1,陈普会1,刘利阳2,王进21.南京航空航天大学 航空宇航学院,江苏 南京2 1 0 0 1 62.沈阳飞机设计研究所,辽宁 沈阳1 1 0 0 3 5摘要:按照连接设计准则及机身压差载荷水平,开展了复合材料机身壁板的纵向连接设计研究。为提高壁板多钉连接结构分析精度及设计效率,发展了一种基于F a s t e n e r单元的钉群载荷计算方法,在此基础上结合单钉失效分析模型,提出了一种壁板多钉连接区的失效评估方法。首先,通过与试验数据对比,验证了采用F a s t e n e r单元求解钉群载荷的可行性

5、;然后运用F a s t e n e r单元分析壁板连接结构的钉载分配;最后基于钉载分析结果,对局部危险区域采用单钉模型进行失效载荷计算并进而评估壁板连接区的失效载荷。本方法特别适用于快速、有效地校核多钉连接区的连接强度。关键词:复合材料;机身;壁板纵向连接;多钉连接;失效分析中图分类号:V 2 1 4.8文献标识码:A先进复合材料在机身结构中的运用能够显著减轻机体结构重量,减少全寿命周期费用。波音公司自2 0世纪8 0年代以来,通过美国NA S AA C T计划资助的AT C A S项目1-2,提出了由顶部壁板、侧壁板及底部壁板地板/龙骨梁结构组成的复合材料机身壁板结构形式。其中顶部壁板/侧

6、壁板、侧壁板/底部壁板之间通过纵向连接设计传递压差载荷所产生的环向张力。壁板纵向连接结构属关键连接区域,传递载荷较大,为保证连接性能一般采用螺栓机械连接,并通过“积木式”试验验证其连接性能。为降低试验成本,近几十年来,研究人员在复合材料机械连接的模拟方面进行了大量的研究3-7,提出了一些基于接触有限元模型的分析方法,极大地提高了复合材料机械连接接头的设计效率。但是大部分工作都局限于单钉或小规模的多钉连接的失效分析,对于螺栓数量庞大的壁板连接结构,接触有限元方法受计算能力限制,很难直接运用于工程实际。工程上常采用钉载配合材料载荷-位移曲线进行金属结构大规模多钉连接强度分析8。然而复合材料由于其各

7、向异性,测量不同铺层形式、不同受力方向下的材料刚度常数需要大量试验,如何快速、有效地进行复合材料壁板多钉连接分析是提高壁板连接设计效率的关键问题。本文首先通过有限元分析与试验结果对比,验证了一种基于F a s t e n e r单元9的钉群载荷计算方法,然后以机身壁板纵向连接结构的设计与分析为例,采用F a s t e n e r单元进行钉载分配计算,进一步结合单钉失效分析模型,提出了一种高效的壁板多钉连接区失效评估方法。1 4 2 8航空学报A u g.2 52 0 1 2V o l.3 3N o.81钉群载荷计算方法验证1.1F a s t e n e r单元商用有限元软件A B AQU

8、S提供的F a s t e n e r单元 采 用“独 立 网 格”(M e s h-i n d e p e n d e n t)技术9,可以通过空间内任意一点沿任意方向向连接件投影创建F a s t e n e r单元节点,并且F a s t e n e r单元节点独立于有限元模型网格节点,无须与网格节点一一对应。F a s t e n e r单元节点位移由定义的影响半径(R a d i u so fI n f l u e n c e)9内有限元模型网格节点位移插值得到。通过对两节点间的连接单元赋予梁元或弹簧元等属性即可进行螺栓连接的模拟。选用F a s t e n e r单元可以对大规模、

9、分布规则的钉群进行快速建模,而常规钉元两端点必须与有限元网格节点重合,在模拟时增加了工作量。F a s t e n e r单元还能用于多层结构的连接,如图1所示,通过多个F a s t e n e r单元连接分布于连接件上的F a s t e n e r单元节点即可模拟双剪等连接形式,能用于壁板连接中各种复杂接头的模拟。图1多层连接结构F a s t e n e r单元连接模型F i g.1F a s t e n e rm o d e l f o rm u l t i l a y e r j o i n t ss t r u c t u r e1.2试验件分析采用F a s t e n e r

10、单元对复合材料/金属混合连接试验件钉载分配进行计算。试验件尺寸如图2所示,复合材料层合板长为1 7 5 mm,厚 为4.8mm,(0/4 5/9 0)铺层比例为(2 5/5 0/2 5);金属板长为1 9 0mm,厚为6mm;复合材料层合板和金属板宽为3 0mm;螺栓孔直径为5.5mm。金属板为超强铝合金,其弹性模量为6 8G P a,泊松比为0.3 3;紧固件为钛合金螺栓,其弹性模量为1 1 0G P a,泊松比为0.2 9;复合材料单层板性能如表1所示。图2机械连接试验件F i g.2S p e c i m e no fm e c h a n i c a l j o i n t表1复合材料

11、单层板性能T a b l e1M e c h a n i c a l p r o p e r t i e so f c o m p o s i t em a t e r i a l sE1/G P aE2/G P a1 2G1 2/G P aG1 3/G P aG2 3/G P a1 3 31 0.80.34.94.94.5采用S 4 R9壳单元模拟复合材料板及金属板,并在相邻连接件之间定义F a s t e n e r单元以模拟螺栓连接,F a s t e n e r单元属性为梁元,具体有限元模型如图3所示。图3试验件有限元模型F i g.3F i n i t ee l e m e n tm

12、 o d e l o f s p e c i m e n有限 元 分 析(F E A)结 果 及 试 验 数 据1 0如表2所示,对比表明,在不考虑材料失效的线弹性假设下,F a s t e n e r单元模拟螺栓载荷分配具有可靠的精度。表2钉载分配的有限元分析结果与试验数据T a b l e2F a s t e n e rl o a dd i s t r i b u t i o nf r o mF E Aa n de x p e r i-m e n t a l d a t aM e t h o dF a s t e n e r l o a dd i s t r i b u t i o n/%

13、N o.1N o.2N o.3F E Ar e s u l t s3 8.52 6.73 4.8E x p e r i m e n t a l d a t a1 04 0.22 5.83 4.0E r r o r/%-4.23.52.4钱一彬等:复合材料机身壁板的纵向连接设计与失效分析1 4 2 92壁板纵向连接区设计及钉载分配计算2.1机身壁板纵向连接区设计壁板纵向连接结构是机身关键连接区域,主要承受压差载荷产生的环向张力,压差载荷由飞机座舱压力高度及最大飞行高度决定1 1。课题要求机身舱内压力高度为24 3 8.4m,设计最大飞行高度为1 37 1 6m,则使用条件下最大正压差载荷为0.0

14、 6MP a。机身壁板纵向连接结构极限设计条件为单独座舱压力作用,C C A R 2 5部规定在单独座舱压力作用时,结构须能承受1.3 3倍的最大压差载荷,同时考虑1.5倍的安全系数,则壁板纵向连接结构在极限设计条件下的设计载荷为0.1 2MP a(即1.51.3 3倍最大正压差载荷)。壁板纵向连接方式一般选用单搭接,是一种重量最轻的设计,并且对于亚声速飞行的民用飞机气动性能不会造成很大损失。同时在壁板蒙皮搭接区布置一“T”形长桁以维持机身截面刚度,长桁缘条通过螺栓与蒙皮机械连接。壁板纵向连接结构布局如图4所示,壁板沿环向布置6根帽形长桁;沿纵向等距布置5个隔框,隔框通过“L”形剪切带与蒙皮机

15、械连接。长桁与隔框相交处缘条局部延长,形成类似于格栅式结构,局部延长的长桁缘条位于剪切带缘条下方,通过与蒙皮共固化后起到垫平剪切带同时使蒙皮局部增厚的作用。螺栓连接参数(端距和列距等)按照手册要求1 2选取,使层合板螺栓孔以挤压破坏为主要失效形式。螺栓连接区复合材料4 5 层比例不低于4 0%,剪切带与隔框铺层形式一致,为4 5/0/-4 5/9 0/4 5/-4 5/0s,厚为2.6 6mm。图4壁板连接试验件F i g.4S p e c i m e no fp a n e l s p l i c e为减小结构偏心并保证气动外形,搭接区细节设计如图5所示,“T”形搭接长桁腹板铺层为4 5/9

16、 0/-4 5/0/4 5/0/-4 5s,厚为2.6 6mm,缘条铺 层 为 4 5/9 0/-4 5/0/4 5/0/-4 5/0s,厚 为3.0 4mm;上、下壁板蒙皮在搭接区进行增厚,其增厚段铺层为4 5/-4 5/9 0/-4 5/0/4 5/9 0s,厚为2.6 6mm,通过1 0mm宽的铺层递减区丢层至普通厚度,普通蒙皮铺层为4 5/9 0/-4 5/0/9 0s,厚为1.7 1mm。图5搭接区细节F i g.5D e t a i l so fp a n e l s p l i c e复合材料体系选用I M S/X 8 5 0预浸料,其材料性能如表3所示;紧固件选择H S T 1

17、 1系列钛合金抗剪型1 0 0 沉头高锁螺栓和H S T 7 9系列铝合金螺母。表3 I M S/X 8 5 0预浸料力学性能T a b l e3M e c h a n i c a l p r o p e r t i e so f I M S/X 8 5 0p r e p r e gP a r a m e t e rV a l u eP a r a m e t e rV a l u eE1/G P a1 9 5Xt/MP a26 7 8E2/G P a8.6Xc/MP a16 1 01 20.3 3Yt/MP a7 1.8G1 2/G P a4.5 7Yc/MP a2 2 3.8G1 3/G

18、P a4.5 7S1 2/MP a1 3 5.9G2 3/G P a4.0 02.2连接区钉载计算采用基于F a s t e n e r单元的钉群载荷计算方法对机身壁板纵向连接结构钉载分配进行求解。有限元模型取一个隔框间距作为研究对象,采用S 4 R壳单元模拟所有连接件,F a s t e n e r单元模拟螺栓,具体有限元模型如图6所示。1 4 3 0航空学报A u g.2 52 0 1 2V o l.3 3N o.8图6壁板纵向连接有限元模型F i g.6F i n i t ee l e m e n tm o d e l o f l o n g i t u d i n a l p a n

19、e l s p l i c e有限元分析重点研究搭接区、隔框/剪切带连接区及剪切带/蒙皮连接区螺栓载荷情况,提取以上区域F a s t e n e r单元载荷,整理得到各区域受载最大螺栓情况如表4所示,表中为载荷方向与0 铺层纤维方向的夹角。表4各区域受载最大螺栓T a b l e4T h ec r i t i c a l b o l t o f e a c hr e g i o nR e g i o nC r i t i c a ll o a d/NC r i t i c a lr e g i o n/()P a n e l s p l i c e43 7 7S k i n9 0F r a

20、m e/s h e a r t i e24 0 0F r a m e(s h e a r t i e)6 8S h e a r t i e/s k i n27 1 7S h e a r t i e0由分析结果可以发现,搭接区螺栓载荷较大,这主要是由于搭接区螺栓位于主要传力路径上,其他区域螺栓载荷主要来自于被连接件变形不协调而产生的内力。搭接区受载最大螺栓位于搭接区与隔框相交处,其余螺栓受载比较均匀。3各区域危险点细节失效分析3.1单钉连接失效分析模型基于钉载计算结果,对不同区域危险点进行失效分析,以进行强度校核。计算模型如图7所示,以单钉单剪为连接形式,考虑了实际连接结构偏心造成的二次弯矩的影

21、响。模型采用凸头钉模型模拟所有连接结构,以避免埋头结构复杂接触面造成收敛性问题并提高模型利用率。但是结构差异会对计算结果产生影响,研究表明凸头螺栓连接强度较埋头螺栓连接提高了大约1 2%1 3-1 4,因此凸头模型计算结果如具有1.1 2倍的安全裕度,则认为考虑了结构差异的影响。模型中层合板螺栓端距e及边距Sw以实际结构为准,载荷方向与0 层纤维方向夹角根据各区域螺栓载荷方向确定。图7单钉连接失效分析模型F i g.7F a i l u r ea n a l y s i sm o d e l o f s i n g l e-b o l t e d j o i n t复合材料失效判据选择H a

22、s h i n准则1 5并结合连续损伤模型9,1 6-1 7按照材料双线性退化曲线对材料失效进行模拟。需要注意的是,F a s t e n e r单元载荷-位移特性基于线弹性假设,材料一旦开始失效,F a s t e n e r单元载荷-位移特性将无法保持线性,提取的F a s t e n e r载荷会有很大误差。因此,本文多钉连接分析方法以材料载荷-位移曲线上第1个拐点作为材料失效载荷来分析连接结构的失效载荷。根据C C A R 2 5部规定:未经限制载荷和极限载荷试验证实其强度的接头,接头系数至少取1.1 5。本文 除 考 虑 了 结 构 差 异 引 入 安 全 系 数1.1 2,还考虑了

23、最严重环境条件,引入挤压强度环境安全系数1.51 2,综合以上因素,结构失效载荷安全裕度大于1.6 8(即1.51.1 2)时认为强度满足要求。3.2各区域细节失效分析1)搭接区螺栓最大挤压载荷作用于搭接区蒙皮增厚段,载荷方向沿蒙皮9 0 层纤维方向。单钉模型中端距e=1 5mm,边距Sw=1 5mm,载荷方向与0 层纤维方向夹角=9 0。有限元分析得到蒙皮增厚段材料挤压力-位移曲线如图8所示。材料失效起始载荷Fb r=83 1 0N。由F a s-t e n e r单元载荷得到的材料最大挤压载荷Fb r=43 7 7N,结构安全裕度为1.9 01.6 8,因此搭接区蒙皮增厚段螺栓孔挤压强度满

24、足要求。钱一彬等:复合材料机身壁板的纵向连接设计与失效分析1 4 3 1图8搭接区材料挤压力-位移曲线F i g.8B e a r i n gl o a d-d i s p l a c e m e n tc u r v eo fm a t e r i a l si np a n e l s p l i c er e g i o n2)隔框/剪切带连接区隔框与剪切带铺层形式一致,只需校核一种材料挤压强度即可。单钉模型中端距e=1 5mm,边距Sw=1 3mm,载荷方向与0 层纤维方向夹角=6 8。有限元分析得到隔框材料挤压力-位移曲线如图9所示。图9隔框材料挤压力-位移曲线F i g.9B e

25、a r i n gl o a d-d i s p l a c e m e n tc u r v eo fm a t e r i a l si nf r a m e s材料失效起始载荷Fb r=79 3 5N。由F a s-t e n e r单元载荷得到的材料最大挤压载荷Fb r=24 0 0N,结构安全裕度为3.3 11.6 8,因此隔框与剪切带螺栓孔挤压强度满足要求。3)剪切带/蒙皮连接区将长桁/蒙皮共固化区域作为一个整体来分析,其厚度为3.6 1mm,单剪螺栓作用下,剪切带缘条更容易发生挤压破坏,因此只需校核剪切带缘条挤压强度。单钉模型中端距e=1 5mm,边距Sw=1 3mm,载荷方向与

26、0 层纤维方向夹角=0。有限元分析得到剪切带材料挤压力-位移曲线如图1 0所示。图1 0剪切带材料挤压力-位移曲线F i g.1 0B e a r i n gl o a d-d i s p l a c e m e n tc u r v eo fm a t e r i a l si ns h e a r t i e s材料失效起始载荷Fb r=80 6 4N。由F a s-t e n e r单元载荷得到的材料最大挤压载荷Fb r=27 1 7N,结构安全裕度为2.9 71.6 8,因此剪切带缘条螺栓孔挤压强度满足要求。由各区域细节失效分析,搭接区蒙皮螺栓孔随着压差载荷增大首先达到其失效起始载荷,

27、造成壁板纵 向 搭 接 结 构 承 载 能 力 下 降。在0.1 2MP a设计压差载荷作用下,搭接区蒙皮材料最大挤压 载 荷Fb r=43 7 7 N,材 料 失 效 起 始 载 荷Fb r=83 1 0N,按照损伤起始前材料载荷-位移曲线线性的假设,推算得到壁板纵向搭接结构失效载荷为0.2 3MP a,并具有1.9 0的安全裕度,考虑环境、结构差异等因素后连接强度满足要求。4结论1)受压差载荷作用的壁板纵向搭接结构强度由搭接区连接强度决定,搭接区蒙皮局部增厚设计时,应当考虑结构偏心及气动外形要求进行合理设计。2)搭接区螺栓载荷分布沿纵向呈周期性,最大受载螺栓位于搭接区与隔框相交处,为连接结

28、构危险区域,需重点校核。1 4 3 2航空学报A u g.2 52 0 1 2V o l.3 3N o.83)隔框/剪切带连接区及剪切带/蒙皮连接区的螺栓载荷相对搭接区螺栓载荷较小,螺栓载荷主要为被连接件变形不协调而产生的内力,设计时按照复合材料连接设计要求合理选取连接参数即可满足连接强度要求。4)本文多钉连接分析方法基于钉载荷线性假设,适用于壁板多钉连接结构的连接强度校核;同时局部失效分析模型能够模拟不同铺层形式、不同载荷方向下材料的失效模式,可以有效地减少试验量,是一种快速、有效的壁板多钉连接区失效评估方法。参考文献1 I l c e w i c zLB,S m i t hPJ,H o r

29、 t o nRE.A d v a n c e dc o m p o s-i t e f u s e l a g e t e c h n o l o g y.N 9 5-2 9 0 3 4,1 9 9 5.2I l c e w i c zLB,S m i t hPJ,H a n s o nCT,e ta l.A d v a n c e dc o m p o s i t ef u s e l a g ep r o g r a m o v e r v i e w.NA S A C R-4 7 3 4,1 9 9 7.3G r a yPJ,M c C a r t h yCT.Ag l o b a l

30、b o l t e d j o i n tm o d e l f o rf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i so fl o a dd i s t r i b u t i o n si n m u l t i-b o l tc o m p o s i t e j o i n t s.C o m p o s i t e s:P a r tB,2 0 1 0,4 1(4):3 1 7-3 2 5.4D a n oML,G e n d r o nG,P i c a r dA.S t r e s s a n d f a i l u r e a n a l-y s

31、i so f m e c h a n i c a l l yf a s t e n e dj o i n t si nc o m p o s i t el a m i-n a t e s.C o m p o s i t eS t r u c t u r e s,2 0 0 0,5 0(3):2 8 7-2 9 6.5J i a n gYP,Y u eZF.N u m e r i c a l f a i l u r es i m u l a t i o no fb o l t-l o a d e dc o m p o s i t e l a m i n a t e.A c t aM a t e

32、r i a lC o m p o s i t eS i n i-c a,2 0 0 5,2 2(4):1 7 7-1 8 2.(i nC h i n e s e)姜云鹏,岳珠峰.复合材料层合板螺栓连接失效的数值模拟.复合材料学报,2 0 0 5,2 2(4):1 7 7-1 8 2.6Z h a oM Y,Y a nGL,G uYL,e t a l.D e s i g no f c o m p u t a-t i o nm e t h o d so f t h e l o a dd i s t r i b u t i o n i nc o m p o s i t e f a s t e n e

33、 rg r o u pj o i n t s.A e r o n a u t i c a lC o m p u t i n gT e c h n i q u e,2 0 0 6,3 6(3):9 7-1 0 0.(i nC h i n e s e)赵美英,阎国良,顾亦磊,等.复合材料层板钉群连接载荷分配计算方法研究.航空计算技术,2 0 0 6,3 6(3):9 7-1 0 0.7W a n gF,Z h a oM Y,W a nXP.A n a l y s i sm e t h o do nf i r s tc r i p p l i n gs t r e n g t hf o r m u

34、l t i p l e-b o l t e dc o m p o s i t ej o i n t s.A e r o n a u t i c a lC o m p u t i n gT e c h n i q u e,2 0 0 6,3 6(2):1 2 0-1 2 3.(i nC h i n e s e)王芳,赵美英,万小朋.多钉连接初始破坏强度的工程方法研究.航空计算技术,2 0 0 6,3 6(2):1 2 0-1 2 3.8S u nG M,D i n gHL,D u a nSH.M e t h o do f j o i n t c a l c u l a-t i o nf o rc

35、 o m p o s i t ep l a t eb ys u p e r-e l e m e n t.A c t aM a t e r i a lC o m p o s i t eS i n i c a,1 9 9 8,1 5(1):1 1 6-1 2 0.(i nC h i n e s e)孙庚茂,丁惠梁,段世慧.一种基于钉“超元”的复合材料机械连接钉载计算方法.复合材料学报,1 9 9 8,1 5(1):1 1 6-1 2 0.9A B AQU S/s t a n d a r du s e rsm a n u a l:V e r s i o n6.1 0.R h o d eI s l a

36、 n d,U S A:H i b b i t,K a r l s s o na n dS o r e n s e n I n c.,2 0 1 0.1 0S u nYP.R e s e a r c ho n t h e j o i n t t e c h n o l o g i e so f c o m p o s i t e/m e t a lm i x e ds t r u c t u r e s.N a n j i n g:C o l l e g eo fA e r o s p a c eE n g i n e e r i n g,N a n j i n gU n i v e r s i

37、 t yo fA e r o n a u t i c sa n dA s-t r o n a u t i c s,2 0 1 1.(i nC h i n e s e)孙彦鹏.复合材料/金属混合夹层结构干涉连接技术研究.南京:南京航空航天大学航空宇航学院,2 0 1 1.1 1N i uC Y.A i r f r a m es t r u c t u r a ld e s i g n.B e i j i n g:A v i a t i o nI n d u s t r yP r e s s,2 0 0 8:8 3-8 4.(i nC h i n e s e)牛春匀.实用飞机结构工程设计.北京:航

38、空工业出版社,2 0 0 8:8 3-8 4.1 2I n s t i t u t eo fA e r o n a u t i c sC h i n a.H a n d b o o ko fc o m p o s i t es t r u c t u r ed e s i g n.B e i j i n g:A v i a t i o n I n d u s t r yP r e s s,2 0 0 1:1 4 9-1 5 0.(i nC h i n e s e)中国航空研究院.复合材料结构设计手册.北京:航空工业出版社,2 0 0 1:1 4 9-1 5 0.1 3Z h a oM Y.F

39、a i l u r e a n a l y s i so f c o m p o s i t em e c h a n i c a l l y f a s-t e n e dj o i n t s a n ds t u d yo f e f f e c t o n f a i l u r e s t r e n g t h.X ia n:S c h o o lo fA e r o n a u t i c s,N o r t h w e s t e r nP o l y t e c h n i c a lU n i-v e r s i t y,2 0 0 6.(i nC h i n e s e)

40、赵美英,复合材料机械连接失效分析及强度影响因素研究.西安:西北工业大学航空学院,2 0 0 6.1 4C h e nXM.A p p l i c a t i o no f c o n t a c t t e c h n o l o g yb a s e do nu s-e rd e f i n e dc o h e s i v ee l e m e n ti nt h es t r e n g t ha n a l y s i so fc o m p o s i t ef a s t e n e dj o i n t.X ia n:A i r c r a f tS t r e n g t h

41、R e-s e a r c hI n s t i t u t eo fC h i n a,2 0 1 1.(i nC h i n e s e)陈向明.自定义粘接元接触技术及其在复合材料连接强度分析中的应用.西安:中国飞机强度研究所,2 0 1 1.1 5H a s h i nZ.F a i l u r ec r i t e r i a f o ru n i d i r e c t i o n a l f i b e rc o m p o s-i t e s.J o u r n a l o fA p p l i e dM e c h a n i c s,1 9 8 0,4 7(2):3 2 9-

42、3 3 5.1 6M a i m iP,C a m a n h oPP,M a y u g o JA,e t a l.Ac o n t i n u u md a m a g e m o d e lf o rc o m p o s i t el a m i n a t e s:c o n s t i t u t i v em o d e l.M e c h a n i c so fM a t e r i a l s,2 0 0 7,3 9(1 0):8 9 7-9 0 8.1 7L a p c z y kI,H u r t a d oJA.P r o g r e s s i v ed a m a

43、 g em o d e l i n g i nf i b e r-r e i n f o r c e d m a t e r i a l s.C o m p o s i t e sP a r t A:A p p l i e dS c i e n c ea n dM a n u f a c t u r i n g,2 0 0 7,3 8(1 1):2 3 3 3-2 3 4 1.作者简介:钱一彬男,硕士研究生。主要研究方向:复合材料结构设计与分析。T e l:0 2 5-8 4 8 9 6 2 5 6E-m a i l:q y b 0 7 3 0s i n a.c o m陈普会男,博士,教授,博

44、士生导师。主要研究方向:复合材料结构设计与分析。T e l:0 2 5-8 4 8 9 6 2 5 6E-m a i l:p h c h e n n u a a.e d u.c n钱一彬等:复合材料机身壁板的纵向连接设计与失效分析1 4 3 3L o ngi t u d i n a lP a n e lSpl i c eD e s igna n dF a i l u r eA n a lys i so fC o mpo s i t eF u s e l ageS t r u c t u r e sQ I A NY i b i n1,Z H O N GX i a o d a n1,C H E N

45、P u h u i1,L I UL i y a n g2,WA N GJ i n21.C o l l e g eo fA e r o s p a c eE n g i n e e r i n g,N a n j i n gU n i v e r s i t yo fA e r o n a u t i c s&A s t r o n a u t i c s,N a n j i n g2 1 0 0 1 6,C h i n a2.S h e n y a n g I n s t i t u t eo fA i r c r a f tD e s i g n,S h e n y a n g1 1 0 0

46、 3 5,C h i n aA b s t r a c t:As t u d yo n t h e l o n g i t u d i n a l p a n e l s p l i c ed e s i g no f c o m p o s i t e f u s e l a g es t r u c t u r e s i sc a r r i e do u t i na c c o r d a n c ew i t ht h ed e s i g nc r i t e r i ao fm e c h a n i c a l j o i n t sa n dp r e s s u r ed

47、 i f f e r e n t i a l l e v e l.I no r d e r t o i m p r o v e t h ea n a l y s i sp r e c i s i o na n dd e s i g ne f f i c i e n c yf o rm u l t i p l e-b o l t e dj o i n t so fp a n e ls p l i c e,an o v e lm e t h o df o rc a l c u l a t i n gt h el o a dd i s t r i b u t i o no fm u l t i p

48、l e-b o l t e dj o i n t s i sd e v e l o p e db y u s i n g f a s t e n e r e l e m e n t s.C o m b i n e dw i t h f a i l u r ea n a l y s i so f s i n g l e-b o l t e d j o i n t s,a ne v a l u a t i o nm e t h o d i sp r e s e n t e d t op r e d i c t t h e f a i l u r es t r e n g t ho f p a n

49、e l s p l i c e j o i n t s.F i r s t l y,t h e f e a s i b i l i t yo f u s i n g f a s t e n e r e l e m e n t s t od e t e r m i n et h e l o a dd i s t r i b u t i o no fm u l t i p l e-b o l t e d j o i n t s i s c o n f i r m e dv i ac o m p a r i n g t h eF E Mr e s u l tw i t he x p e r i m

50、e n t a l d a t a.T h e n t h e f a s-t e n e r l o a dd i s t r i b u t i o no f p a n e l s p l i c e j o i n t s i s s t u d i e db ya p p l y i n g f a s t e n e r e l e m e n t s.F i n a l l y,b a s e do n t h ep r e v i o u sa n a l y s i so f f a s t e n e r l o a d s,t h e f a i l u r es t r