复合材料连接技术进展_黄志超

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1、第30卷第4期华东交通大学学报Vol.30No.42013年8月JournalofEastChinaJiaotongUniversityAug.，2013文章编号：1005-0523（2013）04-0001-06复合材料连接技术进展11112黄志超，陈伟达，程雯玉，薛曙光，赖家美（1.华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室，江西南昌330013；2.南昌大学机电工程学院，江西南昌330031）摘要：介绍复合材料连接技术进展。主要介绍复合材料传统机械连接、胶接连接、缝合连接、Z-pin连接、混合连接、冷碾铆接等连接技术的工作原理、发展现状及影响连接性能的相关

2、因素，比较这几种连接技术的优、缺点及应用性。结果表明：在复合材料连接工艺中，机械连接技术成熟、运用最广泛，混合连接是机械连接的拓展，缝合连接和Z-pin连接常作为辅助连接，胶接技术逐渐成熟，冷碾铆接研究较少，但有广阔的应用前景；各种连接的使用有相应的条件和要求，故连接性能的好坏涉及很多因素，比较复杂。关键词：复合材料连接；机械连接；胶接；缝合连接中图分类号：TB332；V257文献标志码：A随着汽车轻量化、航空及军工材料多元化发展趋势，传统金属材料已不能完全满足使用需求，复合材料的快速发展和广泛应用使得材料运用更加完善，但无论何种场合、使用何种材料，材料连接技术

3、一直广受关注。在许多先进行业中，为提高结构效率，对结构的整体性有很高的要求，复合材料有提高结构整体性的优越条件，但尚存的连接处却需传递更大的载荷，连接技术就显得更加突出和关键。复合材料具有比强度高、比刚度高、密度小、热膨胀系数小以及尺寸稳定性好等特点，但复合材料属脆性材料且各向异性，其加工、连接部位的设计及强度分析都比金属材料复杂的多。目前，复合材料的连接方法主要有：传统机械连接、胶接连接、缝合连接、Z-pin（金属或纤维增强复合材料细棒）连接、混合连接及冷碾铆接等。本文介绍复合材料这几种连接技术的工作原理、连接特点，并比较各种连接技术的优、缺点。1传统机械连接

4、传统的机械连接有螺栓连接、销钉连接、铆钉连接等连接方式。一些传统机械连接的连接件如图1。夹头销钉插销LHLH试样ΦΦ（a）普通螺栓连接（b）销钉连接（c）抽芯铆钉连接图1机械连接及连接件示意图Fig.1Sketchdrawingofmechanicaljointsandfittings普通螺栓连接（图1（a））目前在复合材料连接中使用最多，销钉连接（图1（b））和抽芯铆钉连接（图1收稿日期：2013-05-17基金项目：国家自然科学基金资助项目（51265012）；江西省主要学科学术和技术带头人培养对象计划（20113BCB22010）；江西省“赣鄱英才555工

5、程”领军人才培养计划（赣才字［2012］1号）作者简介：黄志超（1971－），男，教授，博士，博士生导师，研究方向为板料连接技术。2华东交通大学学报2013年［1］（c））应用普遍，技术成熟。沈帆通过实验从复合材料铺层顺序、加工方式、制孔工艺、补强以及端头形状等方面研究了复合材料销钉连接。而高锁螺栓也已大量应用在航空航天等领域，且钉孔间配合存在很多公差标准；单面螺纹抽钉干涉配合连接接头在整个装配过程中，膨胀衬套使得在整个夹层厚度上具有均匀［2］［3］的干涉量，确保了复合材料结构在恶劣的载荷条件下结构的完整性。魏景超、刘风雷从不同干涉量配合和间隙配合对复合材料层合

6、板单面螺纹抽钉紧固件干涉配合连接结构和高锁螺栓间隙配合连接结构的静挤压强度进行了试验研究，指出适当的干涉量能提高紧固件结构的静挤压强度，过量的干涉却能降低其静挤压强度。［4］机械连接一般需预开孔，开孔方式不同，孔边应力集中程度也会不同，连接强度就会有差别。何龙针对复合材料开口孔周围应力集中现象采用ANSYS（融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件）对具有不同强化结构的含孔层合板进行失效过程的数值模拟，认为孔边强化层能有效提高含孔层合板的强度，且铺层角选为0°较好，强化层与层合板失效关系紧密，宜选用高性能材料。关志东，［5-7］黎增山等应

7、用相应的损伤分析方法和失效准则，采用ABAQUS（大型通用有限元分析软件）对复合材料层板开孔拉伸、压缩损伤进行分析，提出合理的预测失效模式和破坏强度的分析模型。机械连接能传递较大载荷，但很多情况下单钉连接不能满足强度要求，需采用多钉连接，而多钉连接［8］的强度分析比较复杂。GRAY运用ABAQUS从钉-孔间隙、螺栓扭矩以及摩擦等方面对复合材料单搭接［9］情况下单钉、三钉连接载荷进行了分析；张纪奎对复合材料-铝合金三钉单搭接进行单向拉伸试验，结合有限元模型研究复合材料-金属三钉单搭接钉载分部情况，并指出金属板配合间隙变化对钉载分布影响很［10］小；刘兴科采用试验与

8、ANSYS数值分析结合的