多钉连接复合材料板钉传载荷的估算.pdfVIP

第 7卷 　第 10期 　2007年 5月 科 　学 　技 　术 　与 　工 　程 Vo l7　No10　M ay 2007 (2007) 102 19704 Science Techno logy and Engineering 　2007　SciTechEngng. 力 　　学 多钉连接复合材料板钉传载荷的估算 张 　震 　吕国志 　文潘涛 　尹 　剑 (西北工业大学航空学院 ,西安 7 10072) 摘 　要 　多钉连接的钉传载荷和板孔应力的计算是很重要也很复杂的一个问题 。采用各向异性板的复变函数理论和边界配 置方法 ,对连接件进行分区 ,加以限制条件 ,对多钉连接的复合材料层合板的钉载和板与螺栓间的接触应力和接触区域进行 了计算 。板和钉之间的接触应力显著受到连接板的几何尺寸 、加载的条件 、材料的各向异性 、钉与孔之间的间隙、钉的柔度等 因素的影响 。在计算条件中施加了这些因素的影响 。 关键词 　多钉连接 　复合材料板 　复变函数 　边界配置法 中图法分类号 　O3438; 　　文献标识码 　A 在飞机结构中 ,螺接和铆接是传递载荷的一种 重要方式 。由于钉孔的存在 ,这种连接方式容易引 起应力集中 ,并导致构件破坏 。因而 ,在结构的设计 和优化过程中 ,需要估算钉传载荷以及钉孔边界上 的应力分布 ,从而确定最先发生破坏的位置 。复合 材料连接钉传载荷的研究工作已经大量开展 ,并取 得了很多成果 。单钉连接载荷的分析研究相对成 熟 ,多钉连接分析相对较少 ,其中比较常用的方法是 有限元法和解析方法 。由于钉孔的存在 ,有限元方 法对网格的划分复杂 ,计算量相对较大 [ 1, 2 ] 。解析 图 1　复合材料板分区 方法 [ 3, 4 ] 给出了钉间的载荷分配 ,却没有给出钉孔 边界的应力分布 。本文将采用弹性复变函数解法和 边界配置法相结合的方法 ,估算多钉连接情况下的 各钉的钉传载荷和钉孔边界上的应力分布 。 1　复合材料板分区 把复合材料板分为 K 个矩形区域 ,每个区域内 含有一个螺栓孔 。划分之后 ,每个区存在外边界 、内 图 2　变形前后螺栓位置对比 边界和公共边界 。在第 k 分区 ,直角坐标和极坐标 的原点均设在螺栓孔 中心 。在总坐标系 中则是 2　基本函数 (X , Y ) 。如图 1, 图 2 所示 。 k k 根据各向异性板复变函数方法 [ 5 ] ,在每个分区 　2007年 1月 8 日收到 　 　 2 198 科 　学 　技 　术 　与 　工 　程 7卷 内,直角坐标系下的、复合材料板的应力和位移公式 K 可以表达为 : Pk + P = 0 ∑ k = 1 σ 2 φ( ξ) 2 φ( ξ) ( 9)