近日，我院石庆贺老师课题组在国际重要刊物《Thin-Walled Structures》(IF=5.7,中科院二区Top)发表题为：“Bending failure mechanism and failure prediction of double countersunk holes composite laminates (DCHCL)”。本研究采用实验与数值仿真相结合的方法，系统分析了孔径、孔距和板宽对双沉头孔层合板力学行为的影响，揭示了双沉头孔层合板在弯曲载荷作用下的失效机理。研究结果为双沉头孔层合板的设计提供了理论依据，保证了结构的安全性和可靠性。硕士研究生杨帆为该项成果的第一作者，石庆贺老师为通讯作者，本文第一通讯单位为江苏理工学院。
1.研究背景
沉头孔作为复合材料连接中至关重要的孔型之一，赋予了显著的空气动力学优势。然而，沉头孔的存在也带来了结构上的不连续性，这种特性会导致载荷分布变得不均匀，进而产生应力集中现象，使得在复杂应力环境下的失效模式变得更为复杂多变。与单沉头孔相比，双沉头孔的失效机理更加复杂，且失效位置难以预测。因此，有必要对双沉头孔层合板(DCHCL)的弯曲行为进行实验研究，以预测DCHCL的失效位置和失效载荷。
2.研究内容
基于实验结果重点分析了孔径和孔距对失效位置的影响，并建立了失效预测的数值模型。基于实验数据，建立了DCHCL失效载荷的二次多项式回归模型，可有效预测不同几何参数下DCHCL的失效载荷。图1显示了DCHCL在三点弯曲载荷下的失效模式。通过实验和数值模拟分析，最终失效模式主要集中在沉头孔边缘和中间加载区域。这些失效模式表明，层合板在承受弯曲载荷时会遭受严重的局部损伤，尤其是在沉头孔和中间加载区域附近。
图1 DCHCL的失效模式：(a)中间加载区域失效；(b)沉头孔边缘失效
3.研究结论
在特定的几何参数条件下，沉头孔周围区域更容易成为层合板失效的起始点，且该失效模式与孔径、孔距和板宽的关系密切相关。具体而言，当孔径与板宽之比大于0.344且孔径与孔距之比小于0.458时，层合板的失效位置倾向于发生在沉头孔的边缘。
文章信息
参考格式：F. Yang, Q. Shi, K. Hu, H. Jia, Z. Cao, F. Zhu, L. Duan, F. Zhao, Bending failure mechanism and failure prediction of double countersunk holes composite laminates (DCHCL), Thin-Walled Structures (2025) 113516.
原文连接：https://doi.org/10.1016/j.tws.2025.113516