复合材料热结构螺栓连接刚度试验分析方法

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1、第44卷第6期2012年12月南京航空航JournalofNanjingUniversity天大学ofAeronautics学报8LAstronautics复合材料热结构螺栓连接刚度试验分析方法闵昌万1谭志勇1费庆国2(1．北京临近空间飞行器系统工程研究所空问物理重点实验室，北京，100076；2．东南大学江苏省工程力学分析重点实验室，南京，210096)V01．44No．6Dee．2012摘要：本文以C／SiC螺栓为例，研究复合材料热结构连接刚度的试验分析方法。分析了常温下预紧力矩与螺栓轴向力之间的关系，考虑高温对预紧力的影响并给出了预紧力矩修正公式。针对高温条件下难以获得螺栓

2、真实预紧力、从而影响对热结构连接刚度进行正确判断的难点，建立了一种在高温条件下通过动力学试验获取结构连接刚度的技术途径，并采用典型连接件开展了相关的试验研究。关键词：复合材料；热结构；螺栓连接；连接刚度中图分类号：0341文献标识码：A文章编号：1005—2615(2012)06—0876—05ExperimentalAnalysisonConnectionStiffnessofBoltforThermalStructuresofCompositeMaterialMinChangwanl，TanZhiyon92，FeiQinggu02(1．ScienceandTechnology

3、onSpacePhysicsLaboratory，BeijingInstituteforNearSpaceAircraftSystem，Beijing，100076，China；2．JiangsuKeyLaboratoryofEngineeringMachanics，SoutheastUniversity，Nanjing，210096，China)Abstract：ConnectionstiffnessofboltforthermalstructuresiSanalyzed．TheboltmadeofC／SiCmateri．alisemployedinthestudy．Thefu

4、nctionbetweentighteningtorqueandaxialforceundernormaltem—peratureisanalyzed．Thenthefunctionismodifiedconsideringtheinfluenceoftemperature．Finally，anovelmethodisproposedtoidentifytheconnectionstiffnessofboltforhigh—temperaturestructurestocircumventtheproblemthattheaxialforceisdifficulttobemeas

5、uredunderhightemperature．Normaltemperatureandhightemperaturemodaltestingarecarriedoutwithseveraltestpieces．Keywords：compositematerial；thermalstructure；boltconnection；connectionstiffness目前，以C／C和c／sic为代表的先进复合材料热承载结构是新型飞行器等领域重要的发展方向，这种结构具有明显超越于传统热防护金属材料结构的优点，但其结构设计以及力学性能的评价、考核也与材料特性、实际使用环境有着显著的关

6、联性‘1～3。在工程上，先进复合材料结构需要解决的一个关键问题是部件之间的连接，重点是对连接件在高温使用环境下力学性能的评价∞。8]。根据国内外相关技术资料，先进航空、航天器的最主要连接方式仍然是机械连接[9d州。以c／sic材料为例，涉及到c／sic构件之间及其与金属之间可选用的一般有螺栓连接、铆接、焊接和粘结4种连接方式。其中后3种连接方法都是永久性连接，只有螺栓连接可以满足重复拆卸的要求，是热结构实际应用时不可回避的连接方式。本文将螺栓连接结构作为研究分析的对象。基金项目：国家自然科学基金(】0902024)资助项目；教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET一11—0086)

7、资助项目；航空科学基金(20090869009)资助项目；江苏省自然科学基金(BK2010397)资助项目。收稿日期：2011-12—10；修订日期：2012—01—30通讯作者：闵昌万，男，博士，研究员，1971年出生，E—mail：minchangwan@126．com。第6期闵昌万，等：复合材料热结构螺栓连接刚度试验分析方法877热结构的螺栓连接件常见的是高温金属螺栓、陶瓷螺栓、c／c复合材料螺栓和C／SiC复合材料螺栓。图1所示的X一38机身襟翼为C／SiC之间螺栓连接的