[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

摘要

本发明提供了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，通过解析计算，获取复合材料层合板各层的临界分层力，并用临界分层力与栓孔间的摩擦力进行对比，得到分层判定因子，从而判断是否发生分层。本发明提出的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。

主权项

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：$\begin{array}{c}{F}_C=\\ \frac{4\mathrm{\π}}{r}\sqrt{\frac{{\mathrm{MG}}_{IC}}{\frac{-2r^2}{{(R^2-r^2)}^2}\frac{3+\mathrm{\ν}}{1-\mathrm{\ν}}{\left(\ln \frac{r}{R}\right)}^2-\frac{4R^2\frac{1+\mathrm{\ν}}{1-\mathrm{\ν}}+2r^2}{R^2(R^2-r^2)}\ln \frac{r}{R}+\frac{1}{r^2}-\frac{2}{R^2}-\frac{1}{2r^2}{\left(\frac{1-\mathrm{\ν}}{1+\mathrm{\ν}}\right)}^2}}\end{array}$其中，r为复合材料层合板中高锁螺栓安装孔的孔半径，R为高锁螺栓半径，ν为复合材料层合板泊松比，M为当量抗弯刚度系数，G_IC是与I型分层相关的临界断裂能释放率；当量抗弯刚度系数M为：$M=\frac{1}{3}(3D_{11}+2D_{12}+3D_{22}+4D_{66})$其中D_ij为高锁螺栓尚未插入的复合材料层合板的抗弯刚度矩阵元素：$D_{ij}=\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{\left(\stackrel{\‾}{Q_{ij}}\right)}_k\left(\frac{Z_k^3-Z_{k-1}^3}{3}\right)$n为高锁螺栓尚未插入的复合材料层合板层数，为高锁螺栓尚未插入的复合材料层合板中第k层板的非材料主方向上的折算刚度系数，Z_k是层合板中面到第k层板的距离；步骤2：计算插入高锁螺栓时，栓孔间的摩擦力f：$f=\mathrm{\μ}\frac{tR\mathrm{\Δ}\mathrm{\π}}{r\mathrm{\β}}(2\mathrm{\α}-2v_{12}+\mathrm{\δ}+\mathrm{\α}\mathrm{\δ})$其中μ为库伦摩擦系数，t为复合材料层合板厚度，Δ＝R‑r，ν₁₂为复合材料层合板12方向的泊松系数，$\mathrm{\α}=\sqrt{\frac{E_1}{E_2}},\mathrm{\β}=\frac{1-{\mathrm{\ν}}_{12}{\mathrm{\ν}}_{21}}{E_2}+\frac{\mathrm{\α}}{G_{12}},\mathrm{\δ}=\sqrt{2\left(\frac{E_1}{E_2}-{\mathrm{\ν}}_{12}\right)+\frac{E_1}{G_{12}}}$E₁为复合材料层合板1方向的弹性模量，E₂为复合材料层合板2方向的弹性模量，G₁₂为复合材料层合板12方向的剪切模量，ν₂₁为复合材料层合板21方向的泊松系数；步骤3：根据以下公式判断是否分层：