盡管飛機復合材料結構技術正朝著整體化設計與制造方向發展，但是復合材料結構機械連接依然大量存在。在復合材料翼而結構中，彎曲載荷主要由復合材料蒙皮承受，蒙皮(特別在根部)厚度往往很大，因此，研究復合材料厚層壓板連接問題依然具有現實的工程意義。如何利用快速有效的有限元方法預測復合材料的連接強度分析是提高復合材料機械連接設計效率的關鍵問題之一。
      在模擬復合材料連接強度的過程中接觸問題始終是造成收斂困難的主要因素。接觸問題屬于邊界條件的非線性問題，在模擬螺栓與螺栓孔之間的接觸時非線性問題更為突出，既有由接觸而積變化而產生的非線性，又有由接觸壓力分布變化以及接觸后壓力的突增而產生的非線性，也有由摩擦作用引起的非線性等。
      一種易收斂且有效地模擬復合材料連接強度的方法除了要解決由接觸造成的收斂困難問題以外，還要選取合理的失效準則以及充分考慮材料破壞機制的剛度退化模式。在失效準則的選取上，Hashin失效準則C7被廣泛地應用于復合材料連接強度分析中，經多人修改和發展，能較準確地分析出復合材料的失效狀態。復合材料接頭層壓板在達到初始損傷狀態后，其材料性能將發生退化。
      目前，應用最廣的是由Chang Camanh以及Kermanidisg等人提出的材料剛度按折減系數進行折減的方法，并認為擠壓損傷擴展超過墊圈外徑后，或拉伸及剪切損傷擴展到層壓板邊緣時，結構發生最終破壞。該方法盡管對拉伸及剪切破壞能夠較為準確地模擬出接頭層壓板的破壞載荷，但對于擠壓破壞，擠壓造成的纖維褶皺往往發生在螺栓墊圈以外，因此認為損傷擴展至墊圈外徑結構就發生破壞是不符合真實破壞機制的。文獻中對墊圈內外損傷雖然進行了區別對待，但是并沒有對墊圈以內的材料剛度進行退化處理，這也不符合真實的破壞機制。因此，有必要對這種剛度退化方法進行改進。
      為了解決由接觸帶來的收斂困難，以及擠壓破壞的剛度退化模式不符合真實破壞機制的問題，本研究建立了簡單且有效的自定義虛擬粘接元接觸技術，并在文獻的剛度退化方法基礎上定義了新的剛度退化模式，對墊圈外的材料剛度退化采用了以指數函數形式進行連續折減的退化方法，以此來模擬墊圈外損傷的加速擴展。采用該方法來模擬復合材料接頭強度，模擬得到的結果與試驗結果能夠較好吻合。
      對于復合材料機械連接問題，解決螺栓與復合材料層壓板之間的接觸問題是得到準確的應力-應變分析結果的關鍵。為了提高有限元計算收斂速度，在保證兩接觸對之間基本傳力的前提下簡化接觸關系。首先假設螺栓相對螺栓孔沒有轉動，所有接觸均不考慮摩擦。在此基礎上，在兩接觸對之間建立一層被賦予特殊本構關系的粘接單元，該單元只有壓縮剛度沒有拉伸剛度，即只能傳遞壓縮載荷而不能傳遞拉伸載荷。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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