[发明专利]一种考虑间隙和拧紧力矩的复合材料螺栓连接结构钉载分配确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料螺栓连接结构的钉载分配确定，适用于航空航天飞行器中广泛使用的复合材料螺栓连接结构。

背景技术

钉载分配分析方法是复合材料多钉连接强度分析的关键，也是多钉连接结构强度分析的前提。目前常用的复合材料机械连接钉载分配确定方法主要有解析法、有限元法和刚度法。复合材料螺栓连接结构钉载分配确定的解析方法是基于Lekhnitskii等的复合材料孔板孔边应力分析发展起来的。由于钉载分配确定比孔边应力确定复杂得多，偏微分方程的求解需要采用边界配置法进行求解。但是由于当自由度增加时，边界配置法计算量增加迅速，许希武等利用保角映射及Faber级数避免了上述问题。

尽管解析法具有计算简单、容易程序实现的特点，但是，忽略紧固件形状和偏心弯矩等因素对钉载分布的影响。采用有限元分析研究钉载分配不仅可以考虑紧固件形状和偏心弯矩，还可以对复杂形状的连接结构进行分析。但是采用有限元方法获得的计算精度与所需要的建模和计算工作量是矛盾的两个方面，因此，如何在一定计算规模下尽可能提高有限元分析的精度是一个重要的研究内容。

刚度法是一种基于弹性力学的钉载分配的简化计算方法。它将连接板和螺栓均简化为沿载荷方向具有一定刚度的元件，利用外载荷作用下不同元件的变形协调关系来求解每个元件的载荷，从而得到钉载分配，具有简单、形象、求解容易的特点，在规则排列多螺栓连接的钉载计算中应用广泛。Nelson等采用试验对Manford等提出的不考虑间隙和拧紧力矩的双剪螺栓连接结构上的螺栓刚度模型进行了验证，并提出了适用于单剪连接结构的螺栓刚度模型：

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