先进复合材料由于具有比强度高和比刚度高等特点,其用量已成为大型客机先进性的重要标志。随着复合材料用量增加,其应用部位逐渐从次承力结构向主承力结构扩展。螺栓连接结构是复合材料主承力结构的最主要的连接形式,其失效分析主要分成两步:钉载分配分析和关键孔失效分析,其中,钉载分配是前提。本文介绍课题组在复合材料螺栓连接结构钉载分配方面的成果。课题组针对Palmberg提出的载荷传感器方法测量钉载分配时对安装角度要求高并且不能测量载荷方向未知的钉传载荷问题,提出了四面开槽的钉载矢量传感器的测试原理,设计准则和测试方案;设计并制备了钉载矢量传感器,采用复合材料单钉单剪连接结构进行了标定试验,结果表明:钉载矢量传感器输入载荷与输出电压符合线性规律、多次安装测量结果重复性好,可以任意角度安装并测量钉传载荷的方向。课题组通过对不同螺栓孔配合间隙时螺栓刚度进行测试,发现螺栓孔配合间隙对螺栓刚度存在影响,并且影响规律呈线性关系,进而提出了改进的螺栓刚度模型,提高了经典刚度方法对钉载分配的预测精度。针对经典刚度方法中钉载计算方程组的变量数量随螺栓连接中螺栓数量增加而增加的问题,提出了钉载计算的单变量递推计算公式,并证明了递推算式的单调性,使得其可以采用一维搜索方法求解。采用三维有限元模型对螺栓承载机理进行研究,发现了螺帽和连接板间的摩擦力会反向的现象;当连接结构存在拧紧力矩时,将孔边连接板间摩擦力和螺栓剪切力的合力定义为钉传载荷,研究了存在拧紧力矩和工程允许间隙公差时钉载分配规律。提出了可以测量连接结构的复合材料连接板发生损伤后钉载重分布规律的方法,测量结果表明:接近连接板最终失效时不同螺栓的钉载趋于均匀化;采用强度包线法对连接结构最终失效载荷的预测研究表明,均匀的钉载比采用经典刚度方法预测的不均匀钉载更适合预测连接结构最终失效载荷。