一种分析复合材料多螺栓连接件受力的数值解析方法

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1、摘要随着复合材料在航空和航天结构中应用的日益广泛，不可避免的出现了复合材料的连接问题。复合材料层合板的连接分为两类，一类为胶接，一类为机械连接。两种连接有都各自的优缺点。在飞机结构中，机械连接是传递力学载荷的主要方式。由于层合板中存在螺栓孔，容易引起应力集中而发生破坏。对机械连接条件下的复合材料板进行应力分析，可以说是可靠性设计的实质内容。由多螺栓连接的复合材料连接件，其应力分布受材料的各向异性、螺栓孔的位置、被连接板的几何尺寸、所施加的载荷、螺栓材料、螺栓与螺栓孔的间隙等因素的影响。致力于用各向异性板复变函数解法中的势函数与

2、变分原理相结合的方法，计算多螺栓连接条件下，均匀厚度的复合材料板单面连接或双面搭接时，在一定的力学载荷下，层板与螺栓的接触区域和接触应力，以及钉载分配。本文方法为数值解析方法。所引用的复势函数为级数形式，由列赫尼茨基提出，它自动满足协调条件。在复合材料板上，每个螺栓孔边的位移和应力，都可以在局部坐标系下，通过形式相同的势函数表示出来。同时栓板的接触力和边界约束产生的力以级数表示。之后，应用最小势能原理，也就是势能的最小化：势能的一阶变分为零，使之满足连接板和螺栓的平衡条件、边界条件。根据每块板的和螺栓的平衡条件和边界条件，形成

3、一个大型矩阵方程，求取该矩阵方程中的未知系数，然后根据迭代过程，使该矩阵方程的解收敛。据此可求出螺栓和连接板的接触应力和接触区域，以及螺栓间的钉载分配。计算结果表明，该计算方法所得到结果是可以接受的。关键词：复合材料，螺栓连接。复势函数，接触应力AbstractAlongwiththecompositematerialisgraduallyextensiveintheapplicationoftheaviationrealm，alotofinevitablejointproblemsappear．Thejointofcompo

4、sitelaminatecarlbesortintobondingjointandboltjoint．Therearedisadvantageandadvantageonthebondingandbolted．Mechanicaljointprovidetheprimarymeansfortransferringloadamongcomponentsintheconstructionofaircraftstructures．However,theyare矗ssociatedwithhighstressconcentration

5、arisingfromboltholesleadingtofailure．Therefore，assessmentofthestressinboltedcompositejointsisessentialforthedesignofreliablecomponents．Thestressstateinaboltedcompositejointissignificantlyinfluencedbyloadingcondition，degreeofanisotropy，platedimensions，boltflexibility

6、andtheclearancebetweenaboltandtheholeboundary．Thisstudyconcernsthedeterminationofthecontactstressandcontactregionaroundboltholeandtheboltloaddistributioninsingle-anddoublelapjointsofuniformcompositelaminateswitharbitrarilylocatedboltedundergeneralmechanicalloadingco

7、nditions．Themethodinthisstudyisananalytical／numericalmethod．ThecomplexpotentialfunctionssuggestedbyLekhnitskiiintheformofseries，automaticallysatisfiesthein-planestressequilibriumequationsandcompatibilityconditions．Thestressanddisplacementaroundboltholescanbeexpresse

8、dasfunctionsofpotentialfunction．Thecontactforcesandtheforcearisingfromdisplacementconstraintsarealsoassumedintheformofseries．Eachofthebolt