复合材料螺栓联接螺纹载荷分布规律研究

       基于Abaqus有限元分析软件建立了复合材料螺栓联接的三维有限元模型，以预测复合材料螺栓联接的螺纹载荷分布，为使模型符合真实情况，将螺母支承在弹性地基上并通过Abaqus USDFLD子程序考虑了C基或SiC基复合材料拉压不对称特性。此外，本文对预测金属螺纹的载荷分布的Yamamoto方法进行了经验性的推广，使其可以反映C基或SiC基复合材料的各向异性和拉压不对称性。通过对比多组材料及几何参数下推广的Yamamoto方法(FYM)和有限元法(F-EM)预测的螺纹载荷分布验证了推广的Yamamoto方法的有效性。研究结果表明：复合材料螺栓联接的载荷分布通常比金属联接的载荷分布更均匀；随着螺距与直径之比的增加，螺纹载荷分布不均程度有所增加；复合材料螺栓绕其轴线相对于螺母的转动对载荷分布几乎没有影响。

       航天飞行器再人大气层时与空气剧烈摩擦，其头锥和襟翼表面温度可达1 650℃左右，这要求用于连接其热防护系统和机体结构的螺栓螺母具有优异的热物理和力学性能。金属紧固件存在低高温力学性能，大热膨胀系数、大密度等缺点，不能满足工程上日益提高的使用要求。C基和SiC基复合材料具有耐高温、低热膨胀系数、高比强度和高比刚度、抗疲劳、耐磨损等优异性能，因此近年来C基和SiC基复合材料紧固件逐渐受到人们的关注。文献[1]～文献[6]中制备了C/SiC或C/C复合材料紧固件并对它们的抗拉或抗剪力学性能进行了测试，发现复合材料紧固件承受拉伸载荷时容易发生螺纹拉脱失效，这种失效模式导致螺栓的强度不能得到充分地发挥，因此有必要对复合材料紧固件受拉时螺纹的受载规律进行研究。

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