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<sub>C</sub>:<maths num="0001" id="cmaths0001"><math><![CDATA[<mfenced open = "" close = ""><mtable><mtr><mtd><mrow><msub><mi>F</mi><mi>C</mi></msub><mo>=</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mfrac><mrow><mn>4</mn><mi>π</mi></mrow><mi>r</mi></mfrac><msqrt><mfrac><mrow><msub><mi>MG</mi><mrow><mi>I</mi><mi>C</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mfrac><mrow><mo>-</mo><mn>2</mn><msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup></mrow><msup><mrow><mo>(</mo><msup><mi>R</mi><mn>2</mn></msup><mo>-</mo><msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mfrac><mfrac><mrow><mn>3</mn><mo>+</mo><mi>ν</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>ν</mi></mrow></mfrac><msup><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>ln</mi><mfrac><mi>r</mi><mi>R</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>-</mo><mfrac><mrow><mn>4</mn><msup><mi>R</mi><mn>2</mn></msup><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>ν</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>ν</mi></mrow></mfrac><mo>+</mo><mn>2</mn><msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><msup><mi>R</mi><mn>2</mn></msup><mrow><mo>(</mo><msup><mi>R</mi><mn>2</mn></msup><mo>-</mo><msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mi>ln</mi><mfrac><mi>r</mi><mi>R</mi></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup></mfrac><mo>-</mo><mfrac><mn>2</mn><msup><mi>R</mi><mn>2</mn></msup></mfrac><mo>-</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><msup><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>ν</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>ν</mi></mrow></mfrac><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac></msqrt></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced>]]></math><img file="FDA0000836445000000011.GIF" wi="1605" he="351" /></maths>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<sub>IC</sub>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:<maths num="0002" id="cmaths0002"><math><![CDATA[<mrow><mi>M</mi><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>3</mn></mfrac><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><msub><mi>D</mi><mn>11</mn></msub><mo>+</mo><mn>2</mn><msub><mi>D</mi><mn>12</mn></msub><mo>+</mo><mn>3</mn><msub><mi>D</mi><mn>22</mn></msub><mo>+</mo><mn>4</mn><msub><mi>D</mi><mn>66</mn></msub><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000836445000000012.GIF" wi="701" he="119" /></maths>其中D<sub>ij</sub>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:<maths num="0003" id="cmaths0003"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>=</mo><munderover><mo>Σ</mo><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><msub><mrow><mo>(</mo><mover><msub><mi>Q</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub><mo>‾</mo></mover><mo>)</mo></mrow><mi>k</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><msubsup><mi>Z</mi><mi>k</mi><mn>3</mn></msubsup><mo>-</mo><msubsup><mi>Z</mi><mrow><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow><mn>3</mn></msubsup></mrow><mn>3</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000836445000000013.GIF" wi="534" he="158" /></maths>n为高锁螺栓尚未插入的复合材料层合板层数,<img file="FDA0000836445000000014.GIF" wi="125" he="87" />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<sub>k</sub>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:<maths num="0004" id="cmaths0004"><math><![CDATA[<mrow><mi>f</mi><mo>=</mo><mi>μ</mi><mfrac><mrow><mi>t</mi><mi>R</mi><mi>Δ</mi><mi>π</mi></mrow><mrow><mi>r</mi><mi>β</mi></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>α</mi><mo>-</mo><mn>2</mn><msub><mi>v</mi><mn>12</mn></msub><mo>+</mo><mi>δ</mi><mo>+</mo><mi>α</mi><mi>δ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000836445000000015.GIF" wi="662" he="141" /></maths>其中μ为库伦摩擦系数,t为复合材料层合板厚度,Δ=R‑r,ν<sub>12</sub>为复合材料层合板12方向的泊松系数,<maths num="0005" id="cmaths0005"><math><![CDATA[<mrow><mi>α</mi><mo>=</mo><msqrt><mfrac><msub><mi>E</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>E</mi><mn>2</mn></msub></mfrac></msqrt><mo>,</mo><mi>β</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>-</mo><msub><mi>ν</mi><mn>12</mn></msub><msub><mi>ν</mi><mn>21</mn></msub></mrow><msub><mi>E</mi><mn>2</mn></msub></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mi>α</mi><msub><mi>G</mi><mn>12</mn></msub></mfrac><mo>,</mo><mi>δ</mi><mo>=</mo><msqrt><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><msub><mi>E</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>E</mi><mn>2</mn></msub></mfrac><mo>-</mo><msub><mi>ν</mi><mn>12</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><msub><mi>E</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>G</mi><mn>12</mn></msub></mfrac></mrow></msqrt></mrow>]]></math><img file="FDA0000836445000000016.GIF" wi="1197" he="175" /></maths>E<sub>1</sub>为复合材料层合板1方向的弹性模量,E<sub>2</sub>为复合材料层合板2方向的弹性模量,G<sub>12</sub>为复合材料层合板12方向的剪切模量,ν<sub>21</sub>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:<img file="FDA0000836445000000021.GIF" wi="709" he="157" /> |