復合材料連接

復合材料連接，包括復合材料構件之間和復合材料構件與其它材料構件之間的連接，在復合材料結(jié)構中對結(jié)構的安全與可靠性具有十分重要的作用。由于復合材料強度和剛度的各向異性，以及復合材料層間強度較低，延性小等特點，致使復合材料連接部位的設計與分析要比金屬連接復雜。復合材料連接2023/9/2weizhou@1§5.1復合材料連接方式5.1.1膠接與機械連接的比較5.1.2接頭效率復合材料連接方式主要分為兩大類：膠接連接與機械連接。在設計中，采用哪種連接，需要根據(jù)具體使用條件來確定。膠接連接：受力不大的薄壁結(jié)構，尤其是復合材料結(jié)構；機械連接：連接構件較厚、受力大的結(jié)構。5.1復合材料連接方式2023/9/2weizhou@35.1.1膠接與機械連接的比較2023/9/2weizhou@4優(yōu)點不削弱構件截面以及由此引起的應力集中等連接部位的質(zhì)量較輕成本低耐腐蝕性好永久變形小缺點膠接表面必須仔細清理強度分散性大，且膠接強度受溫濕環(huán)境的影響較大膠接質(zhì)量的檢驗較困難多數(shù)情況下膠接具有不可拆卸性膠接5.1.1膠接與機械連接的比較2023/9/2weizhou@5優(yōu)點表面無須仔細清理即可獲得較大的連接強度強度分散性小抗剝離能力大易于拆卸缺點開孔須削弱構件截面，且引起應力集中等接頭質(zhì)量較大成本高可能有電化腐蝕問題永久變形大機械連接可見，機械連接的優(yōu)缺點正好與膠接的相反，與金屬材料構件之間的機械連接相比，復合材料連接還具有如下特點：由于復合材料易產(chǎn)生分層，故連接時應盡量避免過盈配合；象膠接一樣，復合材料構件與金屬構件之間機械連接同樣會產(chǎn)生較大的內(nèi)應力。復合材料連接時，應綜合考慮各種使用要求，選擇合適的連接方式，發(fā)揮其優(yōu)點，正確處理其缺點。實踐證明，連接設計好的結(jié)構，不但可以減輕質(zhì)量，而且可以延長結(jié)構的使用壽命，滿足各種使用要求。5.1.1膠接與機械連接的比較2023/9/2weizhou@6過盈是指在連接中孔的直徑小于軸的直徑，此時孔與軸的配合稱為過盈配合。過盈配合也叫靜配合，用于孔、軸間的緊固連接，不允許兩者之間有相對運動。5.1.2接頭效率2023/9/2weizhou@7在金屬構件受拉剪的機械連接中，用下式表示連接的接頭效率：(5-1)

式中：上式表明，接頭效率是有連接孔構件能承受的最大載荷與無孔構件能承受的最大載荷之比。

復合材料連接設計中也采用類似的接頭效率作為衡量接頭設計成功與否的重要指標：5.1.2接頭效率2023/9/2weizhou@8(5-2)

式中：

5.1.2接頭效率2023/9/2weizhou@9對于復合材料連接設計有質(zhì)量要求時，往往采用如下的接頭效率表達式：(5-3)

式中：

§5.2膠接連接5.2.1膠接連接接頭的分析5.2.2膠接連接設計5.2膠接連接2023/9/2weizhou@11

5.2.1膠接連接接頭的分析2023/9/2weizhou@12為了確保膠接連接安全可靠，避免膠接連接接頭的提前破壞，必須正確分析膠接連接接頭的內(nèi)力與應力。以單面搭接為例來說明膠接連接接頭的內(nèi)力與應力分析計算。

5.2.1膠接連接接頭的分析2023/9/2weizhou@135.2.1膠接連接接頭的分析2023/9/2weizhou@14(5-4)根據(jù)假設1，由微元體的平衡條件可得：根據(jù)假設2和3，膠層的剪切應力-應變關系為：(5-5)5.2.1膠接連接接頭的分析2023/9/2weizhou@15

(5-6)利用式(5-4)(5-5)(5-6)可得接頭內(nèi)力的控制方程：(5-7)式中：(5-8)5.2.1膠接連接接頭的分析2023/9/2weizhou@16式(5-7)為二階常微分方程，其一般解為：(5-9)

(5-10)

5.2.1膠接連接接頭的分析2023/9/2weizhou@17由此解得：(5-11)

5.2.1膠接連接接頭的分析2023/9/2weizhou@18(5-12)這時λ也可簡化為：(5-13)最大剪應力發(fā)生在處：(5-14)5.2.1膠接連接接頭的分析2023/9/2weizhou@19

(5-15)則無量綱的剪應力為：(5-16)而無量綱化的最大剪應力為：(5-17)由以上分析可知，接頭端部的內(nèi)力和剪應力最大，故破壞最容易在這里發(fā)生。5.2.1膠接連接接頭的分析2023/9/2weizhou@20A膠接連接設計應考慮的主要因素設計原則①使膠層在受力方向有足夠的強度②盡量減少應力集中③防止接頭端部層合板發(fā)生層間拉伸破壞膠粘劑的選擇①要有較好的綜合力學性能②有較好的粘接強度③工藝性好，使用方便5.2.2膠接連接設計2023/9/2weizhou@21制造方法無損檢測可維修性成本和質(zhì)量試驗①基本性能試驗②設計接頭的驗證試驗③接頭的疲勞壽命試驗5.2.2膠接連接設計2023/9/2weizhou@22B膠接形式的選擇C膠接接頭幾何參數(shù)的選擇5.2.2膠接連接設計2023/9/2weizhou@23§5.3機械連接5.2.1機械連接接頭的分析5.2.2機械連接設計一般來說，對于受力大的結(jié)構，連接構件較厚，多采用螺栓或鉚接等機械連接，機械連接的主要形式有搭接和對接兩種：5.3機械連接(a)搭接(b)偏位搭接(c)變厚度搭接(d)單蓋板對接(e)雙蓋板對接(f)變厚度蓋板對接鉚釘步驟：對結(jié)構部件進行內(nèi)力和變形分析，確定接頭的外載荷；對接頭內(nèi)力和變形進行分析，給出各緊固件載荷和作用于每個緊固件孔的旁路載荷；緊固件的應力分析；有載孔和無載孔板的應力、應變分析；接頭的破壞分析5.3.1機械連接接頭的分析2023/9/2weizhou@26A機械連接設計原則在適當選擇邊距和端距的條件下，主要應滿足擠壓強度和拉脫強度的要求；盡量不采用過盈配合，即使在過盈配合時也應該使過盈量很小；連接接頭的質(zhì)量要輕。B連接形式的選擇機械連接的主要形式由上圖給出，單搭接(a)和單蓋板(d)都會產(chǎn)生附加彎矩，雙蓋板對接(e)能夠避免附加彎矩，變厚度或變寬度連接形式在多拍緊固件連接時可以減緩邊緣緊固件上的