垫片尺寸对碳纤维复合材料螺栓连接单搭接挤压强度影响研究

张新异¹，孔海娟^1,2，胡之峰³，孙泽玉³，余木火³

1. 上海工程技术大学材料工程学院2. 上海工程技术大学上海市激光先进制造技术协同创新中心3. 东华大学轻质结构复合材料上海市重点实验室

摘 要：针对碳纤维复合材料单搭接螺栓连接结构,研究不同垫片外径对螺栓连接的挤压强度及损伤的影响,并仿真分析其失效模式。发现在单搭接螺栓连接结构中,加入垫片可以提高连接的挤压强度,且强度随着垫片外径尺寸的增加而增加。当垫片外径从11.8 mm逐渐增加到13.8 mm、15.8 mm和17.8 mm时,挤压强度分别在前一基础上提升了5.76%、5.87%和2.4%。试验结果表明垫片外径增加到一定程度时,挤压强度的增强效应开始减弱,但对失效模式并没有影响,仍为挤压失效模式。在Abaqus有限元软件中建立碳纤维复合材料单搭接螺栓连接三维有限元模型,引入含拉伸分层损伤、压缩分层损伤的三维Hashin准则和改进了的Tan、Tserpes材料刚度退化模型,仿真得到的载荷-位移曲线和失效模式与试验结果相吻合。

关键词：碳纤维复合材料;垫片;有限元;挤压强度;