[发明专利]变温度下金属与复材混合结构中螺栓连接内力计算方法

说明书

技术领域

本发明属于飞机结构设计技术领域，尤其涉及一种变温度下金属与复材混合结构中螺栓连接内力计算方法。

背景技术

为减轻飞机结构重量、提高比强度、保证飞行安全性，现代飞机广泛使用金属与复合材料的混合结构，混合结构采用螺栓进行连接。金属-复材混合结构中，金属与复合材料的热膨胀系数不一致，导致金属-复材结构变形不一致，以至于采用金属-复材混合结构的飞机在不同的工作温度下产生连接内力，连接内力作用于连接螺栓，此连接载荷是一种附加于结构的不利结构反力。目前这种金属-复材混合结构的连接内力评估计算限于工程方法，计算精度低，亟需一种对其连接内力计算精度较高的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种变温度下金属与复材混合结构中螺栓连接内力计算方法，用于解决目前金属与复材的混合连接结构在变温下，产生不同的内力。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种变温度下金属与复材混合结构中螺栓连接内力计算方法，其包括

步骤一：受力形式的初步工程分析

对金属-复材混合结构进行受力分析，其中次要因素予以简化，对主承力结构进行细节分解；

步骤二：金属复材混合结构的材料非线性分析

经过初步分析，建立金属-复材混合结构的有限元模型，所述有限元模型中分别加入金属和复材的热膨胀系数随温度变化的材料非线性特性；

步骤三：金属-复材混合结构的接触非线性分析

变温度下金属-复材结构内力由螺栓接触承担，建立螺栓-金属板、螺栓-复合材料、金属板-复合材料的多对摩擦弹塑性接触对以模拟金属-复材混合结构的实际传力路线；

步骤四：对金属-复材混合结构进行实体有限元网格剖分

主承力结构细节分解，对高应力区进行小尺寸单元六面体网格剖分模拟结构传载及关键部位应力水平，对其他区域进行一次的粗网格剖分；

步骤五：对金属-复材混合结构施加温度载荷

步骤六：对金属-复材混合结构进行静态求解，获得温度载荷下的螺栓内力，并确定金属-复材混合结构的高应力区应力应变数值。

本发明一优选实施例的是，次要因素包括螺纹牙形状、螺母外形，简化形式如忽略螺纹牙、将螺母螺栓整体受力。

本发明一优选实施例的是，所述连接件为螺栓。

本发明一优选实施例的是，螺栓-金属板、螺栓-复材局部接触区域

本发明一优选实施例的是，采用的有限元软件包括NARSTAN。

本发明一优选实施例的是，小尺寸单元的网格尺寸小于粗网格的尺寸。

本发明的变温度下金属与复材混合结构中螺栓连接内力计算方法具有如下优点：

1)对变温度下的金属复材混合结构进行连接内力分析，提高计算分析精度，保证飞机飞行安全性与可靠性；

2)高精度的连接内力分析保证了连接标准件的选取，解决了“结构重量偏于保守”的问题，有效减轻结构重量。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明中的变温度下金属-复材混合结构示意图。

图2为本发明一实施例的复合材料随温度变化的变形曲线图。

图3为本发明一实施例的金属结构随温度变化的变形曲线图。

图4为本发明一实施例的金属-复材混合结构在低温和高温环境下的变形示意图。

图5为本发明一实施例的金属-复材混合结构网格划分示意图。

图6为本发明一实施例的温度载荷施加示意图。

图7为本发明一实施例的螺栓排号-螺栓承载剪力示意曲线图。

图8为本发明一实施例的金属-复材混合结构仿真图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

如图1所示为本发明中的变温度下的金属-复材混合结构，金属板1与复材板2通螺栓3连接，由于金属板1与复材板2在在不同温度下的变形系数或变形量不同，因此会造成金属与复材混合结构的整体变形不同。