基于能量损伤演化的复合材料螺栓连接性能研究#陈齐，章继峰**5101520253035（哈尔滨工程大学智能结构与先进复合材料实验室）摘要：基于能量损伤演化理论，利用Hashin失效准则和损伤引起的刚度降解，编写了Abaqus-UMAT用户材料子程序对复合材料层合板螺栓连接累积损伤及失效模式进行了研究。分析了宽距-孔径比（W/D），端距-孔径比（E/D）对层合板螺栓连接承载力的影响，数值结果与实验吻合较好，说明了本方法应用于复合材料机械连接渐进失效分析的有效性。在此基础上，预报了多螺栓连接列距-孔径比（P/D）对连接强度的影响规律并分析了载荷分配情况，结果表明多螺栓连接下载荷分配具有不均匀性，当P/D为2时，其承载能力最佳。关键词：复合材料；螺栓连接；累积损伤；失效模式；数值模拟：TB332ProgressivefailuresimulationofcompositeboltedjointsbasedontheenergydamageevolutionCHENQi,ZHANG激feng(SmartStructuresandAdvancedCompositeLab,HarbinEngineeringUniversity)Abstract:Basedonthetheoryofenergydamageevolution,theusermaterialsubroutineUMATforAbaqushasbeenprogrammedtosimulatethedamageaccumulationandfailuremodesofboltedcompositelaminate,usedHashin’sfailurecriterionandstiffnessdegradationcausedbyfracturedamage.Analysedtheeffectofwidthtodiameterratio(W/D)ratiosandenddistancetodiameterratio(E/D)onthecarryingcapacityoflaminatebolted.Agoodagreementwasobtainedbetweennumericalresultsandexperimentalresults.Theresultsshowthattheeffectivenessofthemethodhasbeenusedtoanalysetheprogressivedamageofcompositebolted.Basedonthedamagemodel,theeffectofpitchtodiameterratio（P/D）onbearingstrengthwerepredictedwithmulti-boltcompositejoints,andanalysedtheloaddistribute.Thispaperindicatethenonuniformofloaddistributioninmulti-boltedjoints,andthecarryingcapacityreachesthepeakpointwhentheP/Dequals2.Keywords:composite;bolted;damageaccumulation;failuremodes;numericalsimulation0引言具有高比强、高比模及可设计性的先进复合材料在航天航空领域具有广泛的应用空间。连接技术是复合材料结构应用过程中必须面对的课题，据文献报道复合材料的失效70%发生在连接处，航空复合材料30%的重量是由于连接产生的，有效的接头形式与设计方法对于促进复合材料的应用意义重大。机械螺栓连接具有传递载荷大和可拆卸的特点，是主承力结构的主要连接方式。相比一---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（20102304120021）作者简介：陈齐(1989-),男,研究生,主要研究方向:航空航天复合材料与飞行器结构可靠性通信联系人：章继峰(1976-),男,副教授,主要研究方向:航空航天复合材料与飞行器结构可靠性.jfzhang@hrbeu.edu-1----本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---般材料复合材料结构连接失效模式复杂，影响因素众多。鉴于问题的复杂性，很多学者对复合材料机械连接的应力分布、连接强度以及破坏模式等进行了广泛而深入的研究，Chishti404550M[1]对沉头钉单搭接中预紧力，间隙以及钉沉头高度进行了实验了研究。Sayman[2]采用实验的方法研究了几何参数和铺层角度对连接强度的影响。OkutanBuket[3]通过实验和数值模拟的方法研究了不同的几何尺寸对复合材料销钉连接强度的影响。BulentMurat[4]采用Hashin和Hoffman准则对W/D、E/D对编织复合材料钉连接的影响进行了预测。McCarthy[5]、Hühne、姜云鹏等利用ABAQUS软件中的USDFLD模块对复合材料机械进行了失效分析。许多学者基于刚度折损的性能预报方法对连接失效进行数值模拟，失效后将材料相应刚度降为0或趋于0的数，由于刚度突变，往往导致计算不收敛。本文应用能量损伤演化理论、编写子程序实现了刚度逐渐稳态降解，对复合材料层合板螺栓连接渐进损伤过程进行了数值模拟，较好地解决基于刚度折损有限元分析方法的收敛问题，并通过数值模拟给出了W/D、E/D、P/D对层合...