题目：复合材料螺纹联接载荷分布计算与静强度研究

复合材料螺栓在高温下强度的保持率高，且具有低密度、低热膨胀系数等优点，近年来被用来连接飞行器的热防护系统。尽管对金属螺栓的几何构型设计和力学性能的研究已经较为深入，但是复合材料具有各向异性、脆性、低剪切强度等不同于金属的特性，故有必要对复合材料螺栓的力学性能及其影响因素进行研究。本文主要讨论复合材料螺栓的螺牙载荷分布及静强度问题。主要包括以下工作：

对预测金属螺牙载荷分布的Yamamoto解析方法进行了经验性的推广，使之可以考虑复合材料的各向异性和拉压不对称性。使用有限元法和推广的Yamamoto解析方法考察了材料种类、螺栓加工取向、牙型几何参数、齿合牙数对螺牙载荷分布的影响规律。研究结果表明，复合材料螺牙的载荷分布比金属螺牙均匀一些，复合材料的剪切模量和横向模量与轴向模量的比值越低这种趋势就越明显，在所有情况下采用推广的Yamamoto方和采用有限元法得到的结果均比较接近。

以C/SiC复合材料螺栓为具体研究对象进行了螺栓拉伸力学性能的研究。基于Abaqus有限元分析软件分别建立了C/SiC复合材料螺栓螺杆拉断、螺牙拉脱、螺栓头剪坏的参数化有限元模型，采用点应力准则考察了螺杆拉伸强度的尺寸效应，采用刚度折减法和有限元法研究了螺栓几何构型参数对螺牙、螺帽抵抗拉伸能力的影响，同时根据参数讨论的结果拟合出了螺牙和螺帽的极限拉伸失效载荷的经验公式。本部分的研究成果可以为C/SiC复合材料螺栓的几何构型设计提供参考，研究思路和方法可以为其他类型的复合材料螺栓所借鉴。

通过半经验方法给出了复合材料螺栓上允许施加的扭矩和预紧力的经验公式。基于Abaqus有限元分析软件建立了C/SiC复合材料螺栓双剪切的参数化模型，然后采用刚度折减法和有限元法讨论了预紧力、间隙、夹具的厚度和夹具的材料类型等因素对C/SiC复合材料螺栓双剪切强度的影响。研究结果表明，只能对C/SiC复合材料螺栓施加较小的预紧力，在允许施加的范围内预紧力对螺栓双剪切强度影响很小。此外，间隙、夹具厚度和夹具材料都会对C/SiC复合材料螺栓的双剪切强度测试结果造成一定的影响。