采用金屬板替換的復合材料混雜接頭的細節應力仿真方法與流程

本發明屬于飛機復合材料結構設計技術領域，具體涉及采用金屬板替換的復合材料混雜接頭的細節應力仿真方法。

背景技術：

由于飛機復合材料接頭一般位于壁板或梁的根部，厚度較厚，承受的載荷較大，受力狀態復雜，因此，目前比較先進的增強技術是采用金屬局部替換以提高連接孔的擠壓強度，避免附加載荷產生。由于接頭區較厚，受力集中，因此采用有限元分析時不宜簡化為普通殼元，而且復合材料層間強度較低，特別是橫向拉伸強度最低，因此很有必要對接頭金屬鋪層替換處和連接孔處的橫向應力進行計算評估。本發明采用實體殼元較好的模擬了采用金屬替換的復合材料接頭結構不連續處的應力分布，為接頭的實際承載能力評估提供了理論依據。目前還沒有發現對采用金屬板替換復合材料鋪層的混雜接頭的細節應力分析方法，這在某種程度上限制了金屬板替換復合材料混雜接頭的工程應用。

本發明通過采用Abaqus軟件特有的實體殼元模擬了金屬混雜復合材料結構連接孔處的橫向剪切應力，為連接孔的細節應力分析提供了基礎，并為金屬混雜接頭的工程應用奠定了一定的基礎。

技術實現要素：

發明目的：本發明結合目前較先進的復合材料金屬混雜接頭這一結構形式，為了應用該種接頭的固有良好屬性，但必須在理論上評估膠接端面的力學指標，為工程應用奠定基礎。本發明正是針對評估計算接頭細節應力而進行的。

技術方案：采用金屬板替換的復合材料混雜接頭的細節應力仿真方法，奇特征在于，包括以下步驟：

(1)在abaqus軟件中建立復合材料混雜接頭的幾何模型，混雜層壓板的局部區域采用金屬板進行替換；

(2)定義金屬螺栓幾何模型；

(3)定義材料類型，層壓板采用復合材料鋪層型，材料截面類型選實體殼類截面；單向帶選工程常數型材料，金屬板采用各向同性材料定義；層壓板鋪層型材料定義時必須定義厚度截面模量E3；

(4)對層壓板和連接螺栓進行幾何裝配；

(5)定義螺栓和層壓板之間的接觸相互作用；

(6)定義一個靜態分析步，并設置關心的應力輸出項，如τ13和τ23；

(7)施加載荷和約束邊界，在遠離螺栓一段施加集中拉力，而在螺栓兩端施加固支約束；

(8)對以上裝配件進行網格劃分，單元選用對應材料的單元類型，層壓板選實體殼元SC8R，而螺栓選用實體單元C3D4。

(9)提交計算，可得到橫向剪切應力。

有益效果

本發明通過采用Abaqus軟件特有的實體殼元模擬了金屬混雜復合材料結構連接孔處的橫向剪切應力，為連接孔的細節應力分析提供了基礎，并為金屬混雜接頭的工程應用奠定了一定的基礎，降低結構重量，提高工藝性。

附圖說明

圖1為本發明混雜層壓板接頭的剖面圖。

圖2為實施例有限元模型示意圖。

具體實施方式

下面對本發明做進一步詳細說明。

1在abaqus軟件中建立復合材料混雜接頭的幾何模型。混雜層壓板的局部區域采用金屬板進行替換，混雜層壓板接頭的剖面如圖1所示，其中黑色陰影區表示鈦合金板，其他鋪層為復合材料鋪層。

2定義金屬螺栓幾何模型。

3定義材料類型。層壓板采用復合材料鋪層型(composite layup)，材料截面類型選實體殼類截面。單向帶選工程常數型材料，而金屬板采用各向同性材料定義。層壓板鋪層型材料定義時必須定義厚度截面模量E3。

4對層壓板和連接螺栓進行幾何裝配。

5定義螺栓和層壓板之間的接觸相互作用。

6定義一個靜態分析步，并設置關心的應力輸出項，如τ13和τ23。

7施加載荷和約束邊界。在遠離螺栓一段施加集中拉力，而在螺栓兩端施加固支約束。

8對以上裝配件進行網格劃分，單元選用對應材料的單元類型。層壓板選實體殼元SC8R，而螺栓選用實體單元C3D4。有限元模型如圖2所示。

9提交計算，得到τ13和τ23等應力云圖。