Como melhorar a conexão de design de parafuso

Como melhorar a conexão de design de parafuso

A conexão aparafusada é a principal forma de conexão e centro de transferência de força da estrutura composta avançada, mas também é o elo fraco da estrutura, que determina a capacidade de carga da estrutura geral, bem como a integridade, segurança [1]. Portanto, uma das chaves para o projeto estrutural de materiais compósitos avançados é o projeto de conexões aparafusadas. O projeto estrutural integral é severamente limitado pelo projeto de resistência da conexão aparafusada [2]. Uma avaliação precisa da resistência e do mecanismo de falha das conexões aparafusadas em materiais compósitos é necessária para que o projeto seja eficiente. Portanto, a teoria de previsão de mecanismos de falha e resistência de ligações aparafusadas em compósitos tem sido um foco de pesquisa no campo da mecânica estrutural de compósitos [3-5].

No entanto, após a realização de uma avaliação precisa da capacidade de carga de uma conexão aparafusada composta, verificou-se que a melhor eficiência de carga (definida como a relação entre a capacidade de carga máxima da peça de conexão e a capacidade de carga máxima do laminado) pode ser alcançada por uma conexão aparafusada composta de polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP) é de apenas 40%-50%, Ou seja, não importa quão excelente seja o desempenho do material, a capacidade de carga da estrutura composta avançada será reduzida em mais da metade devido à presença de conexões aparafusadas [1-2]. Em comparação, a eficiência de carga das conexões aparafusadas em estruturas metálicas é de 70% a 80%[1-2], como mostrado na figura 1 [6]. Portanto, as vantagens de redução de peso dos materiais compósitos avançados em relação aos materiais metálicos são significativamente enfraquecidas. Como pode ser visto, as partes fracas da conexão aparafusada são um gargalo para o uso de materiais compósitos avançados para o projeto de peso leve da estrutura. A eficiência do soquete da conexão de parafuso de elevação é um problema que precisa ser resolvido urgentemente na aplicação de materiais compósitos avançados.

Actualmente, para as ligações materiais compósitos reforçados a melhorar a capacidade de investigação inclui dois aspectos principais: por um lado, geometria analítica, plano de camada, apertem binário, com apuramento, parafusos tipos diversos parâmetros técnicos de materiais compósitos reforçados ligação forte influência, para design através da optimização dos parâmetros ascensão aparafusado a capacidade de carga; Por outro lado, o desenvolvimento de métodos de projeto para o reforço integral ou parcial de conexões aparafusadas em materiais compósitos, reforçando ou liberando tensões nas partes do furo do parafuso, a fim de melhorar a resistência à ruptura das conexões aparafusadas, bem como a eficiência de suporte de carga. Este trabalho tem como objetivo apresentar um resumo detalhado dos métodos existentes para o projeto de reforço de ligações aparafusadas em materiais compósitos, bem como uma análise dos métodos utilizados para avaliar o efeito do projeto de reforço e, por fim, resumir os problemas existentes nas pesquisas e propor possíveis direções futuras.

01 conexão de parafuso composto

Uma conexão aparafusada típica de material composto é mostrada na figura 2. A anisotropia, a fragilidade do material compósito e sua estrutura laminada resultam em um comportamento de fratura complexo das conexões aparafusadas do material compósito, bem como uma variedade de modos de falha [7]. Os principais modos de falha de laminados em conexões aparafusadas de materiais compósitos incluem tração, cisalhamento, extrusão e os modos de falha combinados que eles formam. Como mostrado na figura 3, a falha por tração e cisalhamento é um modo de falha súbita que leva à perda instantânea da capacidade de carga da estrutura, enquanto a falha por compressão é um modo de falha gradual devido a uma falha localizada que pode evitar causar uma falha catastrófica da estrutura e é o modo de falha desejado no projeto. Portanto, o projeto de reforço de juntas aparafusadas em materiais compósitos deve considerar não apenas o aumento da resistência à falha, mas também o modo de falha. Assim, o método ideal de projeto de reforço de conexões aparafusadas deve aumentar a resistência à falha, garantindo a ruptura por extrusão ou seu modo de falha dominante.

A falha por extrusão de ligações aparafusadas em compósitos pode ser resumi As principais características da falha por extrusão incluem microflaqueamento da fibra, fissuração da matriz, delaminação e fissuração por cisalhamento externo. Além disso, a força de extrusão e o modo de falha também estão relacionados com o confinamento lateral do laminado compósito (ou seja, a pré-carga aplicada pelos fixadores, mostrada na figura 4) e a "tenacidade" [8].