● 摘要
随着复合材料日益广泛地应用于各种重要工程结构，复合材料机械连接结构的设计与分析问题得到了高度重视。沉头螺栓连接因具有改善钉载分配不均匀性，保持结构表面光滑，满足飞行器表面等结构对气动外形的设计需求等优点，在飞行器复合材料表面结构连接中得到了广泛应用。因此，有必要对复合材料沉头连接结构力学性能及钉载分配特性进行深入的研究。
本文对CCF300/5228A准各项同性对称铺层层合板沉头螺栓连接单钉和多钉结构的拉伸性能进行了试验研究，分析了初始破坏载荷和结构破坏的特点。首先针对单钉结构，利用ABAQUS有限元仿真软件建立了相应的三维损伤累积有限元模型，慎重选择了建模方法及参数设定，提出并验证了适合该类型层合板的损伤判据和衰减准则，对其层合板和螺栓的破坏行为进行了数值计算，根据载荷降和2%孔径偏移预测了初始挤压破坏载荷；计算得出的初始挤压破坏载荷与试验结果吻合良好，验证了该模型搭建准确有效。
基于单钉沉头连接模型的有效性，建立多钉沉头连接结构模型，对比试验和计算结果，分析其应力分布特点。判定计算模型有效后，再建立钉孔间隙、螺栓弯矩、沉头比、摩擦、螺栓刚度和金属板刚度的多钉螺栓连接模型，研究其对沉头螺栓连接的应力分布和载荷分配的影响，得到一个较佳复合材料层合板沉头螺栓连接的设计方案。对于多钉沉头螺栓连接模型，引入了强度损伤准则，并且通过试验验证其钉载分配特性与数值模拟分析的准确性。