[发明专利]复合材料层合板干涉螺栓安装过程分层损伤分析方法

说明书

技术领域

本发明属于先进装配与连接技术领域，具体涉及一种复合材料层合板干涉螺栓安装过程中的分层损伤分析方法，获得各层临界分层力，判断高锁螺栓安装过程中不同干涉量引起的分层损伤情况，以及分层损伤发生的初始位置，为安装过程提供理论支持。

背景技术

随着复合材料结构件在飞机、汽车等先进制造领域的逐步推广应用，其连接形式得到了广泛关注与发展。其中干涉连接作为一种提高结构连接强度和疲劳寿命的新型连接形式，成为近年来的研究热点。合适的干涉量可以有效提高结构件的疲劳寿命，但是过大的干涉量很容易在孔周产生损伤，尤其在安装过程中容易产生分层损伤，进而造成结构寿命下降，无法满足设计需求。研究高锁螺栓干涉安装过程中复合材料层合板的分层损伤机理，通过建立临界分层力预测模型，获取不发生分层的最大干涉量，可以为工艺参数提供决策依据，避免分层损伤的发生，有着重要的理论研究意义和工程应用价值。

目前对于复合材料的连接分层的研究较少，且主要以数值仿真为主，尤其是针对高锁螺栓安装过程分层损伤的解析建模，目前还没有针对性的研究。但是针对复合材料层合板的一般性分层研究相对较为成熟，我们可以从中获得借鉴。复合材料的分层损伤数值模拟方法主要有内聚力(cohesive)单元法和虚拟裂纹扩展法等方法，可以针对分层损伤的萌生与扩展进行直观的分析与展现；而针对复合材料分层的解析建模，目前在复合材料制孔方向相对成熟，其主要是基于虚功原理，在钻头虚拟轴向位移上建立轴向力虚功、复合材料层合板变形能虚拟增量、分层虚拟扩展的表面能增量和塑性变形功增量之间的关系方程，然后求解临界轴向力。

在高锁螺栓干涉安装过程中，其分层作用机理与制孔类似，但是区别是：制孔过程中是钻尖的集中力导致分层，而高锁螺栓干涉安装过程中，是分布于高锁螺栓四周的均布力压迫孔壁产生向下的位移，进而导致分层。而均布力则主要是通过钉孔之间的摩擦产生的，因而摩擦力与临界分层力的大小对比，就成为判断是否发生分层的重要依据。

发明内容

为了预测一定干涉量情况下，高锁螺栓安装过程中的分层情况，本发明提供了一种复合材料干涉螺栓安装过程分层损伤分析方法。该方法考虑了引起分层的作用力的实际分布特性以及层合板刚度、干涉量等参数，可以有效判断结构分层。

本发明的技术方案为：

所述一种复合材料层合板干涉螺栓安装过程分层损伤分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：计算复合材料层合板在高锁螺栓安装过程中，尚未插入层的临界分层力F_C：