利用有限元软件建立了某型飞机复合材料-金属连接结构件模型,以改进的Camanho损伤退化模型作为失效判定准则,模拟了该连接结构件的拉伸性能和损伤累积过程并进行了试验验证。结果表明:在加装防弯夹具后,复合材料-金属连接结构件的拉伸试验结果更加准确,拉伸破坏模式由拉脱破坏变为挤压破坏;在较小的拉伸载荷下,其应变随载荷的增加呈线性增大,在金属上的应变明显大于复合材料层合板上的;损伤从复合材料和金属连接螺栓处产生,随载荷的增大逐渐累积并沿螺栓挤压方向扩展;模拟得到的最终破坏载荷为90 kN,与试验值的相对误差仅为6.5%,证明了模拟结果的准确性。
所属栏目
物理模拟与数值模拟国家自然科学基金资助项目(51505495)
收稿日期
2016/7/82017/6/8
作者单位
张浩宇:中国人民解放军 95906部队, 北京 102206
侯波:陆军航空兵研究所, 北京 101121
何宇廷:空军工程大学工程学院, 西安 710038
冯宇:空军工程大学工程学院, 西安 710038
谭翔飞:空军工程大学工程学院, 西安 710038
备注
张浩宇(1993-),男,山西忻州人,硕士研究生
引用该论文:
ZHANG Haoyu,HOU Bo,HE Yuting,FENG Yu,TAN Xiangfei.Tensile Property of Aeronautical Composite-Metal Joint Structure and Its Progressive Damage[J].Materials for mechancial engineering,2017,41(8):87~92
张浩宇,侯波,何宇廷,冯宇,谭翔飞.航空复合材料-金属连接结构的拉伸性能及其渐进损伤[J].机械工程材料,2017,41(8):87~92
参考文献
【1】
汪裕炳,张全纯.复合材料的结构连接[M].北京:国防工业出版社,1992.
【2】
CHANG K Y, LIU S, CHANG F K. Damage tolerance of laminated composites containing an open hole and subjected to tensile loadings[J]. Journal of Composite Materials, 1991, 25(3):274-301.
【3】
TAN S C. A progressive failure model for composite laminates containing openings[J]. Journal of Composite Materials, 1991, 25(5):556-577.
【4】
TAN S C, PEREZ J. Progressive failure of laminated composites with a hole under compressive loading[J]. Journal of Reinforced Plastics and Composites,1993,12(10):1043-1057.
【5】
SLEIGHT D W. Progressive failure analysis met homology for laminated composite structures:NASA/TP-1999-209107[R/OL]. (1999-03-01)[2016-07-06].
【6】
张爽,王栋,郦正能,等. 复合材料层合板机械连接机构累积损伤模型和挤压性能试验研究[J]. 复合材料学报, 2006, 23(2):163-168.
【7】
王鹏,高增,李强,等. 镀镍与镀铜对SiCp/6063Al复合材料真空钎焊接头剪切强度的影响[J]. 机械工程材料,2015,39(6):1-6.
【8】
王丹勇,温卫东,崔海涛. 累积损伤方法在复合材料接头研究中的应用[J]. 机械工程材料,2006, 40(1):1-4.
【9】
王佩艳,王富生,朱振涛,等. 复合材料机械连接件的三维累积损伤研究.[J] 机械强度,2010,32(5):814-818.
【10】
MCCARTHY C T, MCCARTHY M A, LAWLOR V P. Progressive damage analysis of multi-bolt composite joints with variable bolt-hole clearances[J].Composites Part B, 2005, 36(4):290-305.
【11】
APALAK Z G, APALAK M K, GENC M S. Progressive damage modeling of an adhesively bonded unidirectional composite single-lap joint in tension at the mesoscale level[J]. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 2006, 19(6):671-702.
【12】
ICTEN B M, KARAKUZU R. Progressive failure analysis of pin-loaded carbon-epoxy woven composite plates[J].Composites Science and Technology,2002,62(9):1259-1271.
【13】
PAPANIKOS P, TSERPES K I, PANTELAKIS S. Modeling of fatigue damage progression and life of CFRP laminates[J].Fatigue Fracture Engineering Material Structure, 2003, 26(1):37-47.
【14】
DANO M L, GENDRON G, PICARD A. Stress and failure analysis of mechanically fastened joint in composite laminates[J]. Composite Structures, 2000, 50(3):287-296.
【15】
HASHIN Z.Failure criteria for unidirectional fiber composites[J]. Journal of Applied Mechanics,1980,47(2):329-334.
【16】
CHANG F K, CHANG K Y. Post-failure analysis of bolted composite joints in tension or shear-out mode failure[J]. Journal of Composite Materials, 1987, 21(9):809-833.
【17】
PUCK A, SCHURMANN H. Failure analysis of FRP laminates by means of physically based phenomenological models[J]. Composite Science and Technology, 1998, 58(7):1045-1067.
【18】
YE L.Role of matrix resin in delamination on set and growth in composite laminates[J]. Composites Science and Technology, 1988, 33(4):257-277.
【19】
CAMANHO P P, MATTHEWS F L.A progressive damage model for mechanically fastened joints in composite laminates[J].Journal of Composite Materials,1999,33(24):2248-2280.
【20】
TAN S C. A progressive failure model for composite laminates containing openings[J]. Journal of Composite Materials, 1991, 25(5):556-577.