本發(fā)明屬于飛機復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及采用金屬板替換的復(fù)合材料混雜接頭的細(xì)節(jié)應(yīng)力仿真方法。

背景技術(shù)：

由于飛機復(fù)合材料接頭一般位于壁板或梁的根部，厚度較厚，承受的載荷較大，受力狀態(tài)復(fù)雜，因此，目前比較先進(jìn)的增強技術(shù)是采用金屬局部替換以提高連接孔的擠壓強度，避免附加載荷產(chǎn)生。由于接頭區(qū)較厚，受力集中，因此采用有限元分析時不宜簡化為普通殼元，而且復(fù)合材料層間強度較低，特別是橫向拉伸強度最低，因此很有必要對接頭金屬鋪層替換處和連接孔處的橫向應(yīng)力進(jìn)行計算評估。本發(fā)明采用實體殼元較好的模擬了采用金屬替換的復(fù)合材料接頭結(jié)構(gòu)不連續(xù)處的應(yīng)力分布，為接頭的實際承載能力評估提供了理論依據(jù)。目前還沒有發(fā)現(xiàn)對采用金屬板替換復(fù)合材料鋪層的混雜接頭的細(xì)節(jié)應(yīng)力分析方法，這在某種程度上限制了金屬板替換復(fù)合材料混雜接頭的工程應(yīng)用。

本發(fā)明通過采用Abaqus軟件特有的實體殼元模擬了金屬混雜復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接孔處的橫向剪切應(yīng)力，為連接孔的細(xì)節(jié)應(yīng)力分析提供了基礎(chǔ)，并為金屬混雜接頭的工程應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明結(jié)合目前較先進(jìn)的復(fù)合材料金屬混雜接頭這一結(jié)構(gòu)形式，為了應(yīng)用該種接頭的固有良好屬性，但必須在理論上評估膠接端面的力學(xué)指標(biāo)，為工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。本發(fā)明正是針對評估計算接頭細(xì)節(jié)應(yīng)力而進(jìn)行的。

技術(shù)方案：采用金屬板替換的復(fù)合材料混雜接頭的細(xì)節(jié)應(yīng)力仿真方法，奇特征在于，包括以下步驟：

(1)在abaqus軟件中建立復(fù)合材料混雜接頭的幾何模型，混雜層壓板的局部區(qū)域采用金屬板進(jìn)行替換；

(2)定義金屬螺栓幾何模型；

(3)定義材料類型，層壓板采用復(fù)合材料鋪層型，材料截面類型選實體殼類截面；單向帶選工程常數(shù)型材料，金屬板采用各向同性材料定義；層壓板鋪層型材料定義時必須定義厚度截面模量E3；

(4)對層壓板和連接螺栓進(jìn)行幾何裝配；

(5)定義螺栓和層壓板之間的接觸相互作用；

(6)定義一個靜態(tài)分析步，并設(shè)置關(guān)心的應(yīng)力輸出項，如τ13和τ23；

(7)施加載荷和約束邊界，在遠(yuǎn)離螺栓一段施加集中拉力，而在螺栓兩端施加固支約束；

(8)對以上裝配件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，單元選用對應(yīng)材料的單元類型，層壓板選實體殼元SC8R，而螺栓選用實體單元C3D4。

(9)提交計算，可得到橫向剪切應(yīng)力。

有益效果

本發(fā)明通過采用Abaqus軟件特有的實體殼元模擬了金屬混雜復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接孔處的橫向剪切應(yīng)力，為連接孔的細(xì)節(jié)應(yīng)力分析提供了基礎(chǔ)，并為金屬混雜接頭的工程應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ)，降低結(jié)構(gòu)重量，提高工藝性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明混雜層壓板接頭的剖面圖。

圖2為實施例有限元模型示意圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

1在abaqus軟件中建立復(fù)合材料混雜接頭的幾何模型。混雜層壓板的局部區(qū)域采用金屬板進(jìn)行替換，混雜層壓板接頭的剖面如圖1所示，其中黑色陰影區(qū)表示鈦合金板，其他鋪層為復(fù)合材料鋪層。

2定義金屬螺栓幾何模型。

3定義材料類型。層壓板采用復(fù)合材料鋪層型(composite layup)，材料截面類型選實體殼類截面。單向帶選工程常數(shù)型材料，而金屬板采用各向同性材料定義。層壓板鋪層型材料定義時必須定義厚度截面模量E3。

4對層壓板和連接螺栓進(jìn)行幾何裝配。

5定義螺栓和層壓板之間的接觸相互作用。

6定義一個靜態(tài)分析步，并設(shè)置關(guān)心的應(yīng)力輸出項，如τ13和τ23。

7施加載荷和約束邊界。在遠(yuǎn)離螺栓一段施加集中拉力，而在螺栓兩端施加固支約束。

8對以上裝配件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，單元選用對應(yīng)材料的單元類型。層壓板選實體殼元SC8R，而螺栓選用實體單元C3D4。有限元模型如圖2所示。

9提交計算，得到τ13和τ23等應(yīng)力云圖。