夹心零件的缝合连接的连接强度分析方法技术

夹心零件的缝合连接的连接强度分析方法用一维单元模拟缝线对有第一有限元模型进行剪切强度计算；获取材料级硬夹心的剪切强度试验的试验结果，或者获取用实体缝线建立缝合连接的第二有限元模型的计算结果；利用试验结果或者计算结果与第一有限元模型的计算结果进行比对分析，对一维单元的缝合连接强度进行表征，建立模型失效判据；获取平板级硬夹心的第三有限元模型，用一维单元模拟缝线，建立各平板之间的缝合连接，进行冲击仿真计算；确定冲击过程中缝线连接的失效区域，并与冲击试验结果进行对比，调整模型失效判据；建立零件级硬夹心的第四有限元模型，采用一维单元模拟缝线，进行冲击仿真计算，根据模型失效判据确定叶片失效区域。叶片失效区域。叶片失效区域。

【技术实现步骤摘要】
夹心零件的缝合连接的连接强度分析方法


[0001]本专利技术涉及结构件的强度分析方法，尤其涉及夹心零件的界面连接强度分析方法。

技术介绍

[0002]复合材料因为其具备的优异的力学性能，在航空发动机上获得了广泛的应用，国外现有的复合材料叶片采用钛合金包边结构来增强叶片的抗冲击性能，钛合金包边通过胶接固定于复合材料叶身。这就对金属与复合材料连接对连接界面的力学性能要求较高，特别是在叶片受冲击时容易发生界面分裂，导致金属与复合材料分离。复合材料钛合金混合结构风扇叶片通过应用增材制造技术以及机织复合材料技术，使设计的金属—复合材料混合结构叶片突破传统加工工艺的束缚，得以采用更为灵活的钛芯结构作为叶片抗冲击结构，达到更好地兼顾强度性能和减重的效果，是轻质大涵道比风扇叶片非常有前景的发展方向。
[0003]复合材料钛合金混合结构风扇叶片界面连接为复合材料—钛合金连接，由于存在大量连接界面，并且界面连接作为主承力部分承载，为了保证叶片在冲击等严苛载荷下不会发生界面的大面积失效、甚至叶片解体等危险后果，采用复合材料-钛合金-复合材料缝合的方法连接各个部分。
[0004]目前研究的重点基本落在复材或者金属单一材料缝合的试验研究和细观模型上，如《缝合对碳纤维复合材料性能影响研究》、《细观结构对缝合复合材料力学性能的影响分析》等，
技术介绍
相关专利保护的都是缝合工艺、缝合的结构特征等工艺和设计，如CN105937506A、US20080053070等。但针对复合材料钛合金混合结构风扇叶片实际使用的复合材料-钛合金-复合材料的硬质夹心缝合方法及其连接强度分析方法，目前尚未搜索到有效的分析方法，如果采用传统机械式实体建模计算的方法，存在巨大的建模和计算工作量，因此需要一套完整的细节分析模型到叶片部件级别的宏观模拟方法，以解决预先分析和缝合参数优化的设计要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种夹心零件的缝合连接的连接强度分析方法，提高了分析效率。
[0006]在一实施方式中，夹心零件的缝合连接的连接强度分析方法包括：
[0007]步骤一.获取材料级硬夹心的第一有限元模型，其中材料级硬夹心包括第一材料以及由第一材料夹住的第二材料，用只能承受拉力的一维单元模拟缝线，对有第一有限元模型进行剪切强度计算；
[0008]步骤二.获取材料级硬夹心的剪切强度试验的试验结果，或者获取用实体缝线建立材料级硬夹心的缝合连接的第二有限元模型的剪切强度的计算结果；
[0009]步骤三.利用所述试验结果或者利用第二有限元模型的计算结果与所述第一有限
元模型的计算结果进行比对分析，进而对只能承受拉力的一维单元的缝合连接强度进行表征，建立所述一维单元的模型失效判据；
[0010]步骤四.获取平板级硬夹心的第三有限元模型，所述平板级硬夹心包括两层第一材料平板和夹在两层第一材料平板中的第二材料平板，用所述一维单元模拟缝线，建立各平板之间的缝合连接，然后进行冲击仿真计算；
[0011]步骤五.获得所述第三有限元模型的计算结果，确定冲击过程中缝线连接的失效区域，并与所述平板级硬夹心的冲击试验结果进行对比，以调整所述一维单元的模型失效判据；
[0012]步骤六.在仿真软件中建立零件级硬夹心的第四有限元模型，所述零件级硬夹心对应零件的夹心结构，采用所述一维单元模拟缝线，进行冲击仿真计算，根据调整后的所述一维单元的模型失效判据确定叶片在冲击过程中缝线连接的失效区域。
[0013]可选地，在步骤一中，用第一仿真软件建立第一限元模型进行所述剪切强度计算；在步骤二中，利用第二仿真软件建立第二有限元模型，并进行剪切强度的计算。
[0014]可选地，所述第一材料为复合材料，所述第二材料为钛合金。
[0015]可选地，其特征在于，在步骤六的第四有限元模型中，所述一维单元与复合材料及钛合金的实体单元共节点。
[0016]可选地，所述夹心零件为复合材料钛合金混合结构风扇叶片。
[0017]前述的连接强度分析方法，该方法适用于夹心零件的缝合连接，突破了传统机械式实体建模计算的方法，避免了巨大的建模和计算工作量，实现全尺零件上缝合连接的精确表征，大大提高了缝合连接分析的效率。此外，前述提出的方法可以通过材料级试验进行方法准则的标定，将其实施到平板和零件尺度，仍然保持较高的精度，实现了方法在多个层级仿真的体系化应用，并在实际工程应用中取得了很好的效果。
附图说明
[0018]本专利技术的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
[0019]图1是复合材料钛合金混合结构风扇叶片的示意图。
[0020]图2是沿图1的A-A线的剖视图。
[0021]图3是复合材料钛合金混合结构风扇叶片的缝合形式的示意图。
[0022]图4是复合材料钛合金混合结构风扇叶片的缝合连接的连接强度分析方法的各层级的示意图。
[0023]图5是复合材料钛合金混合结构风扇叶片的缝合连接的连接强度分析方法的流程图。
[0024]图6是复合材料钛合金混合结构风扇叶片第一缝合位置的应变响应的实测值与分析值的曲线图。
[0025]图7是复合材料钛合金混合结构风扇叶片第二缝合位置的应变响应的实测值与分析值的曲线图。
[0026]图8是复合材料钛合金混合结构风扇叶片第三缝合位置的应变响应的实测值与分析值的曲线图。
具体实施方式
[0027]下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本专利技术的保护范围进行限制。
[0028]后述实施方式以复合材料钛合金混合结构风扇叶片为例说明夹心零件的缝合连接的连接强度分析方法，通过该实施例可同样理解到其他夹心零件的分析方法。
[0029]如图1和图2示例了一种复合材料钛合金混合结构风扇叶片，其包括钛合金前缘2，复合材料叶身1，钛合金夹心6。如图2所示，复合材料叶身1包括复合材料上部3和复合材料下部4，通过框线7圈出的区域为缝合区域，其中，复合材料上部3和复合材料下部4夹住钛合金夹心6，钛合金前缘2与复合材料上部3和复合材料下部4的前端接触位置通过胶结固定，以及钛合金夹心6与复合材料上部3和复合材料下部4的相对面接触位置通过胶结固定，并按照图3示意的方式通过缝线8进行缝合，以提高界面连接强度。
[0030]图4示出了夹心零件的缝合连接的连接强度分析方法的三个层级，首先是缝合的材料级的分析，即针对材料级硬夹心进行剪切强度计算。然后是缝合的平板级的分析，即针对平板级硬夹心进行冲击仿真计算。最后是缝合的叶片级分析，即进行零件级硬夹心的冲击仿真计算。
[0031]图5示出了第一个层级分析的流程图，包括如下流程：
[0032]1)根据材料级硬夹心的几何数模，分别建立ANSYS(隐式的有限元分析方法软件)带缝孔和LS-DYNA(通用显式动力分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.夹心零件的缝合连接的连接强度分析方法，其特征在于，包括：步骤一.获取材料级硬夹心的第一有限元模型，其中材料级硬夹心包括第一材料以及由第一材料夹住的第二材料，用只能承受拉力的一维单元模拟缝线，对有第一有限元模型进行剪切强度计算；步骤二.获取材料级硬夹心的剪切强度试验的试验结果，或者获取用实体缝线建立材料级硬夹心的缝合连接的第二有限元模型的剪切强度的计算结果；步骤三.利用所述试验结果或者利用第二有限元模型的计算结果与所述第一有限元模型的计算结果进行比对分析，进而对只能承受拉力的一维单元的缝合连接强度进行表征，建立所述一维单元的模型失效判据；步骤四.获取平板级硬夹心的第三有限元模型，所述平板级硬夹心包括两层第一材料平板和夹在两层第一材料平板中的第二材料平板，用所述一维单元模拟缝线，建立各平板之间的缝合连接，然后进行冲击仿真计算；步骤五.获得所述第三有限元模型的计算结果，确定冲击过程中缝线连接的失效区域，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王祯鑫，王少辉，倪晓琴，刘传欣，黄天麟，赵宪涛，龙丹，王星星，曹源，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：