垂直度误差对复合材料单钉连接性能的影响

《垂直度误差对复合材料单钉连接性能的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb．252017VOI38No2SSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：Nhkxbbuaa．educnhkxb@buaaeducn垂直度误差对复合材料单钉连接性能的影响高航1’*，王建1，杨宇星1，刘学术2，陈磊3，李汝鹏31．大连理工大学机械工程学院，大连1160242．大连理工大学汽车工程学院，大连1160243．上海飞机制造有限公司，上海200436摘要：为揭示连接孔垂直度误差对航空复合材料连接性能的影响规律，对准各向同性碳纤维环氧树脂复合材料板进行了单钉单剪试验研究。以极限承载强度、

2、弦刚度、2％偏移承载强度为指标研究连接孔的倾斜角度、倾斜方向以及螺栓扭矩对接头承载性能的影响规律。试验结果表明：当连接孔倾斜角度从O。增加到4。时，接头弦刚度增大10％～40％，极限承载强度下降9％～12％；连接孔倾斜方向对极限承载强度影响甚微，却可使接头弦刚度产生20％～30％的变化；增加螺栓扭矩可以有效提高极限承载强度，但对接头刚度无明显影响；连接孔倾斜角度越大，则螺栓扭矩的增大对2％偏移承载强度的强化效果越不明显。关键词：复合材料；单钉连接；承载强度；垂直度误差；螺栓扭矩中图分类号：TB330．1；TB332文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)02—4201830

3、9碳纤维树脂基复合材料具有比强度高、比刚度高、抗热冲击、抗腐蚀、可设计性强等优点，近年来在航空航天领域得到越来越广泛的应用。虽然采用整体成型工艺可制造的复合材料构件越来越大，但对于大型复杂产品而言机械连接仍然必不可少，其中螺栓连接因其具有的高可靠性、高承载性、易于检修等优点而得到广泛的应用口]。然而，制孑L过程破坏了结构的完整性，使得连接破坏成为复合材料结构失效的主要形式之一L2j。在连接过程中，影响连接性能的主要因素有制孑L过程中的几何误差、初始分层损伤、孔轴配合间隙以及螺栓紧固力等。3J。国内外的研究者对层合板接头静载力学性能的众多因素进行了研究。Kretsis[4]和CooperK

4、]等对层合板接头结构宽径比W／D以及端径比E／D进行了研究试验，Kiral[63进一步研究了不同端径比E／D和宽径比W／D下间隙配合与干涉配合对复合材料销钉接头的失效模式和承载强度的影响，结果表明干涉配合对不同尺寸的接头均是有利的。Kelly和Hallstr6m[7]研究了孔轴配合间隙对极限承载和孑L4％变形时连接强度的影响，研究表明了孔轴配合间隙是紧固件强度设计的重要因素。McCarthy和Lawlor等廿”1进一步研究了孔轴配合间隙对于单钉和多钉复合材料连接中载荷分布、准静态强度、疲劳寿命及破坏模式等方面的影响，同时提出了一种基于接头刚度损失一定百分比的强度定义，这个强度值一般低于标

5、准定义的2％偏移承载强度，与第一次明显的损伤对应的强度值更加接近。Wang等[1¨研究了螺栓扭矩对螺栓连接性能影响，研究表明抵抗分收稿日期：2016—03—03；退修日期：2016—03—28；录用日期：2016—04—26；网络出版时间：2016—05—3110：09网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／111929V201605311009004htmI基金项目：国家“973”计划(2014CB046504)；国家自然科学基金(51375068，51475073)*通讯作者E-mail：hangga04187@126com}

6、用格武：高航，王建．杨字星。等÷垂直

7、度误差对复合材料单钉连接性能的影响!JI航空学报．2017．38(2)：420183GAOH。WANGJ，YANGYX，eta1．Effectofperpendicularityerrorofholeonmechanicalbehaviorofsing／e—lapsingle—boltcompositejointsEJE．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2017，38(2)：420183420183—1航空学报层能力和极限承载随着紧固力的增大而增大，较大的初始紧固力可以抑制层间剪切裂纹的形成。Khashaba等¨列通过研究发现螺栓接头刚度随着垫片外

8、径尺寸减小而增大。张岐良和曹增强口副通过研究发现复合材料连接板之间的摩擦系数与接头强度呈正相关。目前，针对螺栓孔轴配合间隙和螺栓紧固力的研究有很多，而对于制孔加工误差方面的研究则显得稍有欠缺。在制孔过程中，由于整体成型后结构比较复杂，不可避免需要手工制孔，而手工制孔容易导致制孑L过程中出现连接孔位置及孔形状的偏差[14]。本文针对航空用碳纤维树脂基复合材料螺栓连接结构进行单钉单剪拉伸试验以研究制孔过程中垂直度误差和螺栓紧固力对连接性