复合材料层合板机械连接研究进展

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1、复合材料层合板机械连接研究进展木尹玉，李小强，李东升，王亮。翟雨农(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191)【摘要】机械连接因其可靠性以及连接工艺上的优势，受到学者和工程界的高度重视。当前国内外学者对机械连接的研究主要是进行数值模拟与试验研究。接头的承载强度、失效形式以及疲劳性能是衡量接头性能的主要指标。接头形式、铺层角度、几何尺寸、钉孔间隙、预紧力等是影响接头性能的主要因素。在实际工程应用中，这些研究对于提高复材机械连接性能有着重要意义。关键词：复合材料层合板；机械连接；接头性能ResearchDev

2、elopmentonMechanicalConnectionofCompositeLaminateY1NYu，LIXiaoqiang，LIDongsheng，WANGLiang，ZHAIYunong(SchoolofMechanicalEngineering&Automation，BeihangUniversity,Beijing100191，China)【ABSTRACT】AsAerospacecompositesareusedmoreandmorewidely,scholarsandengineeringfield

3、paygreatat—tentiontocompositematerialmechanicalconnectionforitsadvantagesinreliabilityandconnectionprocess．Thecurrentdomesticandforeignstudiesonthemechanicalconnectionaremainlyexperimentalandnumericalsimulation．Bearingstrength，failuremodes，andfatigueofthejointar

4、emajorindicatorsoftheperformanceofjoint．Connectiontype，plyangles，geometry,screwholeclearance，preload，etc．arethemainfactorsaffectingthejoint．Thesestudiesareofgreatsig-nificanceforimprovementofthepropertiesofcompositemechanicalconnectors．Keywords：Compositelaminate

5、；Mechanicalconnection；JointperformanceDOhl0．16080／j．issnl671-833x．2016．11．072复合材料由两种或两种以上性质不同的材料组成，主要组分是增强材料和基体材料”l。相较于传统材料，复材具有材料与结构同一性、可设计性强等显著特点，具有较高的比强度与比模量、较好的抗疲劳性能、耐腐蚀性【2】。由于复合材料优异的力学性能，飞机结构中已经开始尽可能多地采用复合材料，以达到飞机结构减重的目的12】。复合材料最初应用在飞机上的舱门、安定面、整流罩等次承力结构，目前国

6、外已将复合材料广泛应用于机翼、机身等部位，实现由次承力构件向主承力结构的过渡131。复合材料的大量使用必定会需要使复材与其他类型材料进行连接，这包括复材与复材、复材与金属材料等f4】。由于螺栓连接具有容易装配，允许拆卸、检修，并且对环境影响不敏感等优势，是复合材料构件中最常用的连接方式15J。由于连接处复合材料层合板开孑L、应力集中等因}基金项目：国家自然科学基金项目(51205014)。72航空制造技术·2016年第11期素，机械拧紧接头通常是一个危险源。螺栓连接接头中，螺栓通常是金属材料，因此如何控制螺栓孔的应力对

7、保证接头的承载能力具有十分重要的意义，国内外许多学者也对此进行了深入的研究。1研究方法1．1试验研究单向静拉伸试验是工业和材料科学研究中最通用、最广泛的测试材料力学性能的试验方法。通过试验机对复材层合板机械连接结构进行准静态拉伸试验，试验过程中观察试验件的变形和损伤现象，并记录孔周的应力一应变曲线和接头破坏强度，这是研究复合材料螺栓连接接头性能的常用方法。对于普通螺栓连接，研究双搭状态下的螺栓连接接头单向拉伸试验形式较为简单，试验形式如图1所示陋1。试验中通常辅以应变计、引伸计或照相测量等技术来获得相关的试验数据。双搭

8、连接结构的力学性能较为简单，然而实际的飞行器结构连接最常用的机械连接形式是单搭连接。由于在单搭连接中，夹头对复合材料层合板的拉力与受螺栓的反力作用线在竖直方向上不重合，作用在不同的作用面上，导致接头搭接区域发生倾斜和弯曲，导致面外变形和附加弯矩，即“次弯曲”，影响连接结构的强度。图2为凸头螺栓和沉头螺栓发生“次弯曲”示意图【7】。