纤维铺层方向对多向纤维增强复合材料拉挤制品螺栓连接件拉伸性能的影响

摘要整理

单向（UD）拉挤纤维增强复合材料（FRP）连接件的有限关节性能严重制约了其在结构工程中的应用。特别是当加载方向偏离纤维拉挤方向时，UD拉挤FRP连接件的强度和刚度显著降低。本研究通过数值模拟方法系统研究了不同斜向加载方向下拉挤FRP螺栓连接件的力学性能。研究对象包括单向（UD）和多向（MD）两种纤维铺层方式。首先进行了加载方向平行于拉挤方向的静态拉伸试验，建立并验证了有限元模型。研究的几何参数包括端距与螺栓直径比（e/d）、板宽与螺栓直径比（w/d）及螺栓排列方式。研究结果表明，与UD连接件相比，MD连接件在斜向加载下表现出显著优势，在90°加载角度时强度和刚度分别提高了78.3%。相比端距的影响，板宽对MD连接件斜向性能的影响更显著，特别是在30°~75°加载角度范围内。多螺栓连接件比单螺栓连接件更易发生净截面拉伸破坏。采用经典层板理论（CLT）和Hashin失效准则预测不同加载角度下单螺栓FRP连接件的抗力，预测精度高。理论值与模拟值的误差控制在20%以内，验证了该预测方法的有效性。研究成果为多向纤维增强复合材料拉挤制品在斜向加载工况下的工程应用提供了理论支撑。

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