黄河源, 赵美英, 万小朋, 侯赤

(西北工业大学 航空学院, 陕西 西安 710072)

目前，针对复合材料螺栓连接的研究方法主要有3种：试验法[1-4]、有限元法[5-8]和解析法[9-15]。其中，试验法综合成本较高，有限元法的计算效率会随着接触增加以及材料损伤累积而成倍降低，不适用于大型工程结构。相比而言，解析法形式简单，计算效率高，在工程设计初期被广泛使用。

弹簧模型(spring model)是有效分析复合材料多钉螺栓连接结构钉载分配规律的解析方法之一[9-15]。Tate等[9]最早提出了等效弹簧模型并应用于各向同性材料单列双剪连接结构钉载分配规律的研究。随后Nelson等[10]对该模型进行了改进，将其应用于各向异性材料多排钉单剪结构中。McCarthy等[11-12]考虑了间隙的影响，应用改进后的弹簧模型准确模拟了钉孔间隙对多钉螺栓连接结构钉载分布的影响规律。谢宗蕻等[13]修正了弹簧模型并将其应用于规则排列的多列螺栓连接结构等效刚度计算中，分析了复合材料螺接修理载荷传递钉载分配规律。Olmedo[14]将特征曲线法与弹簧模型相结合，使用弹簧模型来表征螺栓刚度，特征曲线预测结构损伤，计算结果与试验结果吻合良好。

目前，复合材料连接结构钉载分配规律的研究集中在结构刚度模型的线弹性阶段，但是，复合材料是一种各向异性材料，在初始损伤后时具有明显的非线性特征，这会导致连接结构钉载分配不均匀。因此，设计中忽略复合材料的非线性特征会影响结构性能预测，降低结构力学行为预测的准确性。……