[发明专利]一种混合结构机械连接件钉载的获取方法和装置

说明书

本发明提供了一种混合结构机械连接件钉载获取方法和装置，所述混合结构机械连接件包括采用n个钉连接的A板和B板；所述方法包括：获取所述连接件中板的材料热膨胀系数；根据所述板的材料热膨胀系数，采用公式P＝C^‑1A，获取每个钉承受的载荷P₁、P₂、…、P_n。本发明结合有限元仿真分析获取公式中的相关参数，可以得到结构在温度场中自由膨胀状态下的钉载。和试验方法和有限元方法相比，该方法灵活性好，计算效率高，且易于编译相应的计算软件，可以为相关产品的结构设计和强度分析提供一种便捷的工程方法。

技术领域

本发明涉及结构力学领域，尤其涉及一种混合结构机械连接件钉载的获取方法和装置。

背景技术

在某些产品组成结构中，存在不同材料通过机械连接组成的混合结构。比如，在飞机中，就存在大量碳纤维复合材料和铝合金通过螺栓组成的连接件结构。这类结构在常温下装配，然而，其服役的环境常常包含极端低温和高温。由于不同材料的热膨胀系数不一致，导致结构的变形不匹配，从而产生热应力。在混合结构机械连接件中，热应力一般是以螺钉载荷的形式出现。这对产品的力学性能带来一定的影响，特别是在飞机这类安全性要求极高的产品中，需要对该载荷进行详细分析。

目前，国内外学者在分析混合结构在温度场下的热应力方面，对于结构的力学分析，一般以试验和有限元仿真分析分析为主。针对混合结构机械连接件在温度场下的热应力问题，在试验方面，单纯分析温度引起热应力的试验较少。若以典型的金属-复合材料连接件为试验对象，存在应变测量精度低难以准确计算螺钉载荷的问题；而大部件的试验往往需很大的环境箱，带来巨大的试验成本。在有限元仿真分析方面，为了准确计算结构中的热应力，一般建立结构的三维实体模型，但是模型中接触属性的设置给计算带来很大的挑战。以复合材料-金属三排单列单搭接连接件为例，设置的接触包括：螺钉的柱面和复合材料孔面以及金属孔面的接触、螺母以及垫片和相应复合材料面以及金属面的接触、复合材料下表面和金属上表面的接触。当结构中螺钉数量较多时，建模的难度可想而知，后果是计算往往难以收敛，若将螺钉进行简化，结果的准确性又很差。

发明内容

本发明实施例提供一种计算温度引起的混合结构机械连接件钉载的方法，该方法灵活性好，计算效率高，且易于编写相应的计算软件。

本发明提供一种混合结构机械连接件钉载获取方法，所述混合结构机械连接件包括采用n个钉连接的A板和B板；所述方法包括：

获取所述连接件中板的材料热膨胀系数；

根据所述板的材料热膨胀系数，采用公式P＝C^-1A，获取每个钉承受的载荷P₁、P₂、…、P_n；

其中，P＝[P₁ P₂ P₃ … P_i … P_n]^T，

α_A与α_B分别为A板和B板的的材料热膨胀系数；ΔT_A与ΔT_B分别为A板和B板的的温度变化值；K^D为钉的剪切刚度；为A板上第j个钉的单位载荷引起A板上第i个钉和第i+1个钉之间的轴向变形；为B板上第j个钉的单位载荷引起B板上第i个钉和i+1个钉之间的轴向变形；为A板上第i个钉和第i+1个钉之间的间距，为B板上第i个钉和第i+1个钉之间的间距；j＝i，1＝i＝n-1，i，j和n均为整数。

可选的，混合结构机械连接件钉载获取方法还包括：

获取所述连接件中板的弹性模量、结构尺寸，以及钉的弹性模量、结构尺寸；