复合材料与金属胶接结构的次弯曲效应研究

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1、第4卷第2期2013年5月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGV01．4NO．2Mav2013文章编号：1674—8190(2013)02170—05复合材料与金属胶接结构的次弯曲效应研究李波，赵美英，万小朋(西北工业大学航空学院，西安710072)摘要：复合材料与金属胶接单搭接的次弯曲效应引起的剥离应力，会大大降低接头的强度。采用有限元方法分析复合材料铺向角、铺层顺序及斜削对次弯曲的影响，并进一步研究分析次弯曲和胶层剥离应力、板的弯曲刚度之间的关系。结果表明：次弯曲影响剥离应力的大小；弯曲刚

2、度越大，次弯曲越小；斜削有助于减小次弯曲。关键词：复合材料；金属；单搭接；胶接；次弯曲中图分类号：TB33文献标识码：AResearchontheSecondaryBendingofComposite-metalAdhesivelyBondedJointsLiBo，ZhaoMeiying，WanXiaopeng(SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Peelstresscausingbysecondarybendingincom

3、posite—metaladhesivelysinglelapjointswilldecreasestrengthofthejoints．Theeffectofdifferentplyorientationangle，differentplystackingsequenceandehamfe—ringtOsecondarybendingofbondedsinglelapjointsisanalyzedbyusingfiniteelementmethod．Therelationsbetweensecondarybendingandpeelstress，be

4、ndingstiffnessarealsoanalyzed．Itisfoundthatthebendingstiffnessaffectsthepeelstress，thebiggerthebendingstiffnessis，thesmallerthesecondarybendingwillbe，andthechamferinghelpstOreducesecondarybending．Keywords：composite；metal；singlelapjoints；adhesivejoints；secondarybending0引言复合材料以其高比强

5、度、高比模量、良好的抗疲劳损伤、力学性能的可设计性等优良性质，在飞机上的应用越来越广泛。但由于当前技术水平的限制和结构设计、工艺、维修、检查的需要，必须安排一定的设计分离面，随之出现的是复合材料与金属的混合连接结构。单搭接接头是航空工业最常用的胶接接头之一，其应力分布均匀，缓解了应力集中，从而使结构具有优良的疲劳特性；另外，单搭接接头质量轻、成收稿日期：201201—13；修回日期：2012-03—27通信作者：李波，lib0050009@163．corn本低、表面光滑，具有其他接头所没有的密封特点。但是，在复合材料与金属的单搭接中，由于载荷的偏心作用，

6、在搭接处会有附加弯矩形成，使接头产生侧向位移(二次弯曲)，即次弯曲效应[1]。次弯曲效应会导致胶层内除了有平行于外力的剪切应力外，还有偏心弯矩引起的垂直于胶接面的正应力～剥离应力，从而大大降低接头强度，甚至导致接头失效。胶接的单搭接接头对剥离应力的承受能力很差，在进行单搭接时，应尽量减小次弯曲效应。因此，研究复合材料与金属单搭接的次弯曲效应十分重要。目前，对胶接的次弯曲效应的研究比较少，主要集中在机械连接的次弯曲效应上。T．Ireman等[2≈1研究复合材料一金属单钉单剪接头，发现层合板的几何尺寸影响次弯曲，且搭接板材料属性对第2期李波等：复合材料与金属

7、胶接结构的次弯曲效应研究171次弯曲也有影响。T．Ireman等[2q3研究还发现侧向支撑对次弯曲有不利影响。VanderLindenHH[5]研究发现次弯曲量与轴向应变大小有关，轴向应变由外载荷决定。现有的文献对各种金属与复合材料单搭接接头研究表明，偏心载荷引起的次弯曲效应是导致接头失效的重要原因。次弯曲量可以表示接头受附加弯矩的影响程度，附加弯矩一拉伸载荷×搭接板厚度，次弯曲量可由下式邙1计算SB一颦(1)￡b十￡‘式中：SB(SecondBending)表示次弯曲量；￡b和￡。分别表示复合材料层合板底部和上表面的应变。本文通过ABAQUS有限元分析

8、软件，对不同情况下的复合材料与金属的单搭接进行有限元分析，给出复合材料层合板中线