碳纤维与铝合金螺栓连接拉伸失效仿真研究

通过有限元软件ABAQUS中Explicit模块建立碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）与铝合金螺栓连接接头的有限元仿真三维模型，并进行了相对应的单钉单剪拉伸试验研究。结合试验和仿真结果，获得了螺栓连接接头在单轴拉伸载荷下的损伤失效模式。铝合金失效基于延展性（Ductile）金属失效准则，CFRP失效准则基于Hashin准则，可以表现复合材料在纤维拉伸压缩、基体拉伸压缩、法向分层拉伸压缩和纤维与基体剪切模式下的7种失效形式，复合材料起始失效后采用刚度折减规则实现刚度退化。结果表明，螺栓失效过程分为3个阶段，即线弹性阶段、CFRP损伤起始阶段、接头失效阶段。对比仿真和试验结果，以接头强度角度考虑，仿真结果与试验结果误差为6.3%，说明了有限元仿真模型的有效性。通过有限元仿真结果分析发现，在螺栓接头失效过程中，CFRP失效发生在基体拉伸和压缩模式以及法向分层压缩模式上，铝合金表现出了明显的延展性损伤形式。