4 復(fù)合材料連接設(shè)計(jì)

1、4 4 復(fù)合材料連接設(shè)計(jì)復(fù)合材料連接設(shè)計(jì)4.1 4.1 機(jī)械連接設(shè)計(jì)機(jī)械連接設(shè)計(jì) 機(jī)械連接主要包括螺栓連接和鉚釘連接。鉚釘連接一般用在受力較小的復(fù)合材料薄板上，螺栓連接廣泛應(yīng)用于承載能力較大和比較重要的受力構(gòu)件上。4.1.1 機(jī)械連接的破壞形式4.1.2 機(jī)械連接設(shè)計(jì)的一般要求（1）機(jī)械連接幾何參數(shù)的選擇（2）機(jī)械連接形式及其選擇（3）緊固件的選用及對(duì)擰緊力矩的要求緊固件直徑的選擇 24bbrddt由此得 4brbdt 式中d緊固件直徑，mmt被連接層合板的厚度，mm br層合板的許用擠壓應(yīng)力，MPa b緊固件的許用剪應(yīng)力，MPa 緊固件種類的選擇緊固件主要有螺栓和鉚釘兩大類：螺栓用于可拆卸的

2、結(jié)構(gòu)連接部位，鉚釘則用于不可拆卸的結(jié)構(gòu)處 螺母擰緊力矩的要求施加擰緊力矩可產(chǎn)生垂直于層合板的壓力，將使連接接頭的擠壓強(qiáng)度有明顯提高（4）連接區(qū)的鋪層設(shè)計(jì)連接區(qū)的鋪層設(shè)計(jì)遵循以下原則至少應(yīng)有40%的45鋪層和25%的0鋪層，90的鋪層比例為10%25%；鋪層順序影響層合板的層間剪切強(qiáng)度連接區(qū)域加厚，特別是對(duì)薄的層合板，避免d/t4;采用均衡對(duì)稱鋪層以消除內(nèi)應(yīng)力及翹曲（5）許用應(yīng)力和安全系數(shù)的確定確定許用擠壓應(yīng)力 n安全系數(shù)/brdnbr4.1.3 機(jī)械連接強(qiáng)度校核（1） 連接板的強(qiáng)度校核擠壓強(qiáng)度 校核按P外載，N；d孔徑；mm； t丁孔處的板厚，mm。brbrPdt拉伸強(qiáng)度校核按 板寬或釘間距，

3、mm； jt 許用拉伸應(yīng)力，MPa。()tjtPd t剪切強(qiáng)度校核按 e端距，mm； 許用剪切應(yīng)力，MPa。2jjpetj（2）緊固件的強(qiáng)度校核校核按 緊固件的許用剪切強(qiáng)度值 24Pd 4.1.4 機(jī)械連接和強(qiáng)度校核舉例例4-1圖4-4為雙排緊固件承受拉伸載荷的連接接頭。試根據(jù)下述已知參數(shù)校核接頭強(qiáng)度，確定鏈接區(qū)復(fù)合材料層合板的厚度t。已知緊固件為100沉頭窩Ti i-22高鎖螺栓，公稱直徑d=6mm，單面破壞剪Q=21.4KN，內(nèi)排螺栓和外排螺栓分別承受57%和43%的載荷基本層合板材料為T300/5222（碳/環(huán)氧）最大擠壓破壞載荷brmax=700MPA，層合板中各個(gè)單層的材料性能和厚度

4、均相同，固化后單層厚度t1=0.12mm，層合板基本厚度為2.40mm，鋪層方案為45/0/-45/0/90/0/45/0/-45/90s,載荷方向于0纖維方向一致?！窘狻?1)確定許用擠壓強(qiáng)度值 取各影響因素的修正系數(shù) k=0.55(2)計(jì)算連接區(qū)加厚部位的層合板厚度t每列螺釘承受的總載荷為54036=19440N內(nèi)排螺釘承受的載荷為Pbr=194400.57=11080N按照擠壓承載計(jì)算連接區(qū)所需的層合板厚度取連接區(qū)加厚部位層合板的厚度t=4.80mm。鋪層總數(shù)n=t/t1=4.80/0.12=40層max0.55 700385MPabrbrk11080t4.806 385brbrPmmd

5、各方向的鋪層數(shù)為加厚部位的具體鋪層方案為45/0/-45/0/90/0/45/0/-45/902S與基本層合板鋪層百分比一樣。加厚部位層合板厚度 t=4.80.6d=0.66=3.6，沉頭窩滿足要求.(3)加厚部位層合板擠壓強(qiáng)度校核擠壓應(yīng)力外排釘孔擠壓載荷比內(nèi)排小，因而不必校核。緊固件剪切強(qiáng)度校核 內(nèi)排螺釘承受的剪力0459040%16,40%16,20%8nnnnnn層層層11080384.73856 4.8brbrbrPMPaMPadt安全 11.0821.4QkNQkN安全例例4-24-2 圖4-5所示為沿雙排緊固件排列方向承受剪切載荷的連接接頭，根據(jù)下述已知參數(shù)校核接頭強(qiáng)度，并確定連接

6、區(qū)層合板的厚度。已知緊固件為115s、100沉頭鈦合金高鎖螺栓，公稱直徑d=6mm，單剪強(qiáng)度15kN；基本層合板材料為T300/5222(碳/環(huán)氧)，層合板厚度t0=4.08mm，固化后單層厚度為012mm，共34層鋪層方案為45/0/ 45/45/0/452/-452/0/90/0/45s，承受剪切載荷q=700N/mm，方向?yàn)?層纖維方向一致。該層合板受載孔處的許用面剪切強(qiáng)度值 =120MPa,許用擠壓強(qiáng)度值brbr=385MPa。內(nèi)排螺栓孔與外排螺栓孔承載按57:43分配?！窘狻?1)計(jì)算連接區(qū)加厚部位的層合板厚度按面內(nèi)剪切承載計(jì)算 q = t T = q / =700/120=5.83

7、mm按螺栓孔擠壓承載計(jì)算250.57q = d t br確定連接區(qū)加厚部位的層合板厚度按面內(nèi)剪切承載需5.83mm，選定t=6mm。鋪層層數(shù)n=6/0.12=50層，即加厚板鋪層層數(shù)比原來基本板增加16層?？紤]到有益于面內(nèi)剪切承載，應(yīng)適當(dāng)增加45鋪層比例，確定加厚部位鋪層方案為45/0/90/ 45/45/0/452/-452/45/0/45/90/45/-45/02/45s?；景逶?、45、90的鋪層層數(shù)分別為8、24、2，相應(yīng)鋪層百分比為23.5%、70.6%、5.9%；而加厚部位在0、45、90的鋪層層數(shù)為10、36、4，相應(yīng)鋪層百分比為20%、72%、8%。25 0.57 7004.

8、326 385tmm(2)校核接頭強(qiáng)度 由于基本層合板與加厚部位的鋪層百分比相近，所以二者的 、br差別可以忽略。加厚部位層合板剪切強(qiáng)度校核 =q/t=700/6=117MPa =120MPa加厚部位層合板擠壓強(qiáng)度校核緊固件剪切強(qiáng)度校核 內(nèi)排每個(gè)緊固件承受的載荷為P=250.57q=9.98kN1.5kN25 0.5725 0.57 700277385()6 6brqMPaMPaDt安全4.2 4.2 膠接連接設(shè)計(jì)膠接連接設(shè)計(jì)主要優(yōu)點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)：1、無鉆孔引起的應(yīng)力集中，不切斷纖維，不減少承載橫剖面面積；2、連接部位質(zhì)量較輕；3、可用于不同類型材料的連接，無電偶腐蝕問題；4、能夠獲得光滑的結(jié)構(gòu)表

9、面，連接元件上的裂紋不易擴(kuò)展，密封性較好；5、加載后的永久變形較小，抗疲勞性能好缺點(diǎn)缺點(diǎn)：1、膠接性能受環(huán)境（濕、熱、腐蝕介質(zhì)）影響較大，存在一定老化問題；2、膠接強(qiáng)度分散性大，剝離強(qiáng)度低，不能傳遞大的載荷；3、缺乏有效的質(zhì)量檢測(cè)方法，可靠性差；4、膠接表面在膠接前需作特殊的表面處理；5、被膠接件間配合公差要求嚴(yán)，一般需加溫加壓固化設(shè)備，修補(bǔ)較困難；6、膠接后不可拆卸4.2.1 膠接接頭基本破壞形式（3種）（1）被膠接件拉伸（或拉彎）破壞（2）膠層剪切破壞（3）接頭端部膠接件剝離破壞4.2.2 膠接連接設(shè)計(jì)的一般要求（1）膠接連接形式及其選擇 膠接連接承剪能力很強(qiáng)，但是抗剝離能力很差。因此，應(yīng)根據(jù)最大 載荷的作用方向，使所設(shè)計(jì)的連接已剪切的方式傳遞最大載荷，這 樣不至于引起較大的剝離應(yīng)力。 當(dāng)被膠接件比較?。╰ |時(shí)，即進(jìn)入塑性階段，=0，由靜力平衡條件得max0()2Pcth02/2PPl當(dāng)x =