復(fù)合材料構(gòu)件間及與其他構(gòu)件的連接

1、第5章 復(fù)合材料連接5.1 復(fù)合材料連接方式5.2 膠接連接5.3 機(jī)械連接p復(fù)合材料連接，包括復(fù)合材料構(gòu)件之間和復(fù)合材料構(gòu)件與其它材料構(gòu)件之間的連接，在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中對結(jié)構(gòu)的安全與可靠性具有十分重要的作用。由于復(fù)合材料強(qiáng)度和剛度的各向異性，以及復(fù)合材料層間強(qiáng)度較低，延性小等特點(diǎn)，致使復(fù)合材料連接部位的設(shè)計(jì)與分析要比金屬連接復(fù)雜。復(fù)合材料連接2021-12-25.1 復(fù)合材料連接方式5.1.1 膠接與機(jī)械連接的比較5.1.2 接頭效率復(fù)合材料連接方式主要分為兩大類：膠接連接與機(jī)械連接。在設(shè)計(jì)中，采用哪種連接，需要根據(jù)具體使用條件來確定。n膠接連接：受力不大的薄壁結(jié)構(gòu)，尤其是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)；n機(jī)械

2、連接：連接構(gòu)件較厚、受力大的結(jié)構(gòu)。5.1 復(fù)合材料連接方式2021-12-45.1.1 膠接與機(jī)械連接的比較2021-12-5 不削弱構(gòu)件截面以及由此引起的應(yīng)力集中等 連接部位的質(zhì)量較輕 成本低 耐腐蝕性好 永久變形小優(yōu)點(diǎn) 膠接表面必須仔細(xì)清理 強(qiáng)度分散性大，且膠接強(qiáng)度受溫濕環(huán)境的影響較大 膠接質(zhì)量的檢驗(yàn)較困難 多數(shù)情況下膠接具有不可拆卸性缺點(diǎn)膠 接5.1.1 膠接與機(jī)械連接的比較2021-12-6 表面無須仔細(xì)清理即可獲得較大的連接強(qiáng)度 強(qiáng)度分散性小 抗剝離能力大 易于拆卸優(yōu)點(diǎn) 開孔須削弱構(gòu)件截面，且引起應(yīng)力集中等 接頭質(zhì)量較大 成本高 可能有電化腐蝕問題 永久變形大缺點(diǎn)機(jī)械連接可見，機(jī)械連

3、接的優(yōu)缺點(diǎn)正好與膠接的相反，與金屬材料構(gòu)件之間的機(jī)械連接相比，復(fù)合材料連接還具有如下特點(diǎn)：1)由于復(fù)合材料易產(chǎn)生分層，故連接時(shí)應(yīng)盡量避免過盈配合；2)象膠接一樣，復(fù)合材料構(gòu)件與金屬構(gòu)件之間機(jī)械連接同樣會產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。復(fù)合材料連接時(shí)，應(yīng)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(diǎn)，正確處理其缺點(diǎn)。實(shí)踐證明，連接設(shè)計(jì)好的結(jié)構(gòu)，不但可以減輕質(zhì)量，而且可以延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，滿足各種使用要求。5.1.1 膠接與機(jī)械連接的比較2021-12-7過盈是指在連接中孔的直徑小于軸的直徑，此時(shí)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(yùn)動(dòng)。5.1.2

4、接頭效率2021-12-8在金屬構(gòu)件受拉剪的機(jī)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(gòu)件能承受的最大載荷與無孔構(gòu)件能承受的最大載荷之比。復(fù)合材料連接設(shè)計(jì)中也采用類似的接頭效率作為衡量接頭設(shè)計(jì)成功與否的重要指標(biāo)：5.1.2 接頭效率2021-12-9(5-2)式中：5.1.2 接頭效率2021-12-10對于復(fù)合材料連接設(shè)計(jì)有質(zhì)量要求時(shí)，往往采用如下的接頭效率表達(dá)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(shè)計(jì)5.2 膠接連接2021-12-125.2.1 膠接連接接頭的分析2021-12-13為了確保膠接連接安

5、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(yīng)力。以單面搭接為例來說明膠接連接接頭的內(nèi)力與應(yīng)力分析計(jì)算。p5.2.1 膠接連接接頭的分析2021-12-145.2.1 膠接連接接頭的分析2021-12-15(5-4)根據(jù)假設(shè)1，由微元體的平衡條件可得：根據(jù)假設(shè)2和3，膠層的剪切應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為：(5-5)5.2.1 膠接連接接頭的分析2021-12-16(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2021-12-17式(5-7)為二階常微分方程，其一般解為：(5-9)(5-10)5.2.1

6、 膠接連接接頭的分析2021-12-18由此解得：(5-11)p5.2.1 膠接連接接頭的分析2021-12-19(5-12)這時(shí)也可簡化為：(5-13)最大剪應(yīng)力發(fā)生在 處：(5-14)5.2.1 膠接連接接頭的分析2021-12-20(5-15)則無量綱的剪應(yīng)力為：(5-16)而無量綱化的最大剪應(yīng)力為：(5-17)由以上分析可知，接頭端部的內(nèi)力和剪應(yīng)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2021-12-21A 膠接連接設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要因素膠接連接設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要因素1)設(shè)計(jì)原則 使膠層在受力方向有足夠的強(qiáng)度 盡量減少應(yīng)力集中 防止接頭端部層合板發(fā)生層間拉伸破壞2)膠

7、粘劑的選擇 要有較好的綜合力學(xué)性能 有較好的粘接強(qiáng)度 工藝性好，使用方便5.2.2 膠接連接設(shè)計(jì)2021-12-223)制造方法4)無損檢測5)可維修性6)成本和質(zhì)量7)試驗(yàn) 基本性能試驗(yàn) 設(shè)計(jì)接頭的驗(yàn)證試驗(yàn) 接頭的疲勞壽命試驗(yàn)5.2.2 膠接連接設(shè)計(jì)2021-12-23B 膠接形式的選擇膠接形式的選擇C 膠接接頭幾何參數(shù)膠接接頭幾何參數(shù)的選擇的選擇5.2.2 膠接連接設(shè)計(jì)2021-12-245.3 機(jī)械連接5.2.1 機(jī)械連接接頭的分析5.2.2 機(jī)械連接設(shè)計(jì)一般來說，對于受力大的結(jié)構(gòu)，連接構(gòu)件較厚，多采用螺栓或鉚接等機(jī)械連接，機(jī)械連接的主要形式有搭接和對接兩種：5.3 機(jī)械連接(a)搭接(

8、b)偏位搭接(c)變厚度搭接(d)單蓋板對接(e)雙蓋板對接(f)變厚度蓋板對接步驟：步驟：1.對結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行內(nèi)力和變形分析，確定接頭的外載荷；2.對接頭內(nèi)力和變形進(jìn)行分析，給出各緊固件載荷和作用于每個(gè)緊固件孔的旁路載荷；3.緊固件的應(yīng)力分析；4.有載孔和無載孔板的應(yīng)力、應(yīng)變分析；5.接頭的破壞分析5.3.1 機(jī)械連接接頭的分析2021-12-27A 機(jī)械連接設(shè)計(jì)原則機(jī)械連接設(shè)計(jì)原則1)在適當(dāng)選擇邊距和端距的條件下，主要應(yīng)滿足擠壓強(qiáng)度和拉脫強(qiáng)度的要求；2)盡量不采用過盈配合，即使在過盈配合時(shí)也應(yīng)該使過盈量很??；3)連接接頭的質(zhì)量要輕。B 連接形式的選擇連接形式的選擇機(jī)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