采用金属板替换的复合材料混杂接头的细节应力仿真方法技术

本发明专利技术公开了采用金属板替换的复合材料混杂接头的细节应力仿真方法，通过采用Abaqus软件特有的实体壳元模拟了金属混杂复合材料结构连接孔处的横向剪切应力，为连接孔的细节应力分析提供了基础，并为金属混杂接头的工程应用奠定了一定的基础，降低结构重量，提高工艺性。

A detailed stress simulation method for composite joints with metal plate replacement

The invention discloses a composite material made of metal plate replacement hybrid joint detail stress simulation method by using solid shell element Abaqus software specific simulation of transverse shear metal hybrid composite structure connecting hole stress, provide a basis for the connection hole detail stress analysis, lay a foundation for engineering application and mixed metal joint, reduce structural weight, improve the process of.

【技术实现步骤摘要】
采用金属板替换的复合材料混杂接头的细节应力仿真方法
本专利技术属于飞机复合材料结构设计
，具体涉及采用金属板替换的复合材料混杂接头的细节应力仿真方法。
技术介绍
由于飞机复合材料接头一般位于壁板或梁的根部，厚度较厚，承受的载荷较大，受力状态复杂，因此，目前比较先进的增强技术是采用金属局部替换以提高连接孔的挤压强度，避免附加载荷产生。由于接头区较厚，受力集中，因此采用有限元分析时不宜简化为普通壳元，而且复合材料层间强度较低，特别是横向拉伸强度最低，因此很有必要对接头金属铺层替换处和连接孔处的横向应力进行计算评估。本专利技术采用实体壳元较好的模拟了采用金属替换的复合材料接头结构不连续处的应力分布，为接头的实际承载能力评估提供了理论依据。目前还没有发现对采用金属板替换复合材料铺层的混杂接头的细节应力分析方法，这在某种程度上限制了金属板替换复合材料混杂接头的工程应用。本专利技术通过采用Abaqus软件特有的实体壳元模拟了金属混杂复合材料结构连接孔处的横向剪切应力，为连接孔的细节应力分析提供了基础，并为金属混杂接头的工程应用奠定了一定的基础。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术结合目前较先进的复合材料金属混杂接头这一结构形式，为了应用该种接头的固有良好属性，但必须在理论上评估胶接端面的力学指标，为工程应用奠定基础。本专利技术正是针对评估计算接头细节应力而进行的。技术方案：采用金属板替换的复合材料混杂接头的细节应力仿真方法，奇特征在于，包括以下步骤：(1)在abaqus软件中建立复合材料混杂接头的几何模型，混杂层压板的局部区域采用金属板进行替换；(2)定义金属螺栓几何模型；(3)定义材料类型，层压板采用复合材料铺层型，材料截面类型选实体壳类截面；单向带选工程常数型材料，金属板采用各向同性材料定义；层压板铺层型材料定义时必须定义厚度截面模量E3；(4)对层压板和连接螺栓进行几何装配；(5)定义螺栓和层压板之间的接触相互作用；(6)定义一个静态分析步，并设置关心的应力输出项，如τ13和τ23；(7)施加载荷和约束边界，在远离螺栓一段施加集中拉力，而在螺栓两端施加固支约束；(8)对以上装配件进行网格划分，单元选用对应材料的单元类型，层压板选实体壳元SC8R，而螺栓选用实体单元C3D4。(9)提交计算，可得到横向剪切应力。有益效果本专利技术通过采用Abaqus软件特有的实体壳元模拟了金属混杂复合材料结构连接孔处的横向剪切应力，为连接孔的细节应力分析提供了基础，并为金属混杂接头的工程应用奠定了一定的基础，降低结构重量，提高工艺性。附图说明图1为本专利技术混杂层压板接头的剖面图。图2为实施例有限元模型示意图。具体实施方式下面对本专利技术做进一步详细说明。1在abaqus软件中建立复合材料混杂接头的几何模型。混杂层压板的局部区域采用金属板进行替换，混杂层压板接头的剖面如图1所示，其中黑色阴影区表示钛合金板，其他铺层为复合材料铺层。2定义金属螺栓几何模型。3定义材料类型。层压板采用复合材料铺层型(compositelayup)，材料截面类型选实体壳类截面。单向带选工程常数型材料，而金属板采用各向同性材料定义。层压板铺层型材料定义时必须定义厚度截面模量E3。4对层压板和连接螺栓进行几何装配。5定义螺栓和层压板之间的接触相互作用。6定义一个静态分析步，并设置关心的应力输出项，如τ13和τ23。7施加载荷和约束边界。在远离螺栓一段施加集中拉力，而在螺栓两端施加固支约束。8对以上装配件进行网格划分，单元选用对应材料的单元类型。层压板选实体壳元SC8R，而螺栓选用实体单元C3D4。有限元模型如图2所示。9提交计算，得到τ13和τ23等应力云图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
采用金属板替换的复合材料混杂接头的细节应力仿真方法，奇特征在于，包括以下步骤：(1)在abaqus软件中建立复合材料混杂接头的几何模型,混杂层压板的局部区域采用金属板进行替换；(2)定义金属螺栓几何模型；(3)定义材料类型，层压板采用复合材料铺层型，材料截面类型选实体壳类截面；单向带选工程常数型材料，金属板采用各向同性材料定义；层压板铺层型材料定义时必须定义厚度截面模量E3；(4)对层压板和连接螺栓进行几何装配；(5)定义螺栓和层压板之间的接触相互作用；(6)定义一个静态分析步，并设置关心的应力输出项，如τ13和τ23；(7)施加载荷和约束边界，在远离螺栓一段施加集中拉力，而在螺栓两端施加固支约束；(8)对以上装配件进行网格划分，单元选用对应材料的单元类型，层压板选实体壳元SC8R，而螺栓选用实体单元C3D4；(9)提交计算，可得到横向剪切应力。

【技术特征摘要】
1.采用金属板替换的复合材料混杂接头的细节应力仿真方法，奇特征在于，包括以下步骤：(1)在abaqus软件中建立复合材料混杂接头的几何模型,混杂层压板的局部区域采用金属板进行替换；(2)定义金属螺栓几何模型；(3)定义材料类型，层压板采用复合材料铺层型，材料截面类型选实体壳类截面；单向带选工程常数型材料，金属板采用各向同性材料定义；层压板铺层型材料定义时必须定义厚度截面模量E3...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹鹏飞，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61