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 機械連接2022-3-2 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)合材料強度和剛度的各向異性，以及復(fù)合材料層間強度較低，延性小等特點，致使復(fù)合材料連接部位的設(shè)計與分析要比金屬連接復(fù)雜。復(fù)合材料連接5.1 復(fù)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2022-3-4復(fù)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(shè)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(gòu)，尤其是復(fù)

2、合材料結(jié)構(gòu)； 機械連接：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2022-3-55.1.1 膠接與機械連接的比較膠 接2022-3-65.1.1 膠接與機械連接的比較機械連接2022-3-7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(gòu)件之間的機械連接相比，復(fù)合材料連接還具有如下特點：由于復(fù)合材料易產(chǎn)生分層，故連接時應(yīng)盡量避免過盈配合；象膠接一樣，復(fù)合材料構(gòu)件與金屬構(gòu)件之間機械連接同樣會產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。復(fù)合材料連接時，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，正確處理其缺點。實踐證明，連接設(shè)計好的結(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

3、要求。5.1.1 膠接與機械連接的比較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。2022-3-85.1.2 接頭效率在金屬構(gòu)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(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。 2022-3-9復(fù)合材料連接設(shè)計中也采用類似的接頭效率作為衡量接頭設(shè)計成功與否的重要指標：5.1.2 接頭效率(5-2) 式中： 2022-3-105.1.2 接頭效率對于復(fù)合材料連接設(shè)計有質(zhì)量要求時，往往采用如下的接頭效率表達式：

4、(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2022-3-125.2 膠接連接 2022-3-135.2.1 膠接連接接頭的分析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(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)力分析計算。2022-3-14 5.2.1 膠接連接接頭的分析2022-3-155.2.1 膠接連接接頭的分析(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)2022-3-165.2.1 膠接連接接頭的分析 (5-6)利用式(5-4)(

5、5-5)(5-6)可得接頭內(nèi)力的控制方程：(5-7)式中：(5-8)2022-3-175.2.1 膠接連接接頭的分析式(5-7)為二階常微分方程，其一般解為：(5-9) (5-10) 2022-3-185.2.1 膠接連接接頭的分析由此解得：(5-11)2022-3-19 5.2.1 膠接連接接頭的分析(5-12)這時也可簡化為：(5-13)最大剪應(yīng)力發(fā)生在 處：(5-14)2022-3-205.2.1 膠接連接接頭的分析 (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)2022-3-21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.

6、2.1 膠接連接接頭的分析2022-3-22A 膠接連接設(shè)計應(yīng)考慮的主要因素膠接連接設(shè)計應(yīng)考慮的主要因素設(shè)計原則 使膠層在受力方向有足夠的強度 盡量減少應(yīng)力集中 防止接頭端部層合板發(fā)生層間拉伸破壞膠粘劑的選擇 要有較好的綜合力學(xué)性能 有較好的粘接強度 工藝性好，使用方便5.2.2 膠接連接設(shè)計2022-3-23 制造方法無損檢測可維修性成本和質(zhì)量試驗 基本性能試驗 設(shè)計接頭的驗證試驗 接頭的疲勞壽命試驗5.2.2 膠接連接設(shè)計2022-3-24B 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5.3 機械連接 5.2.1 機械連接接頭的分析

7、 5.2.2 機械連接設(shè)計一般來說，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2022-3-27步驟：步驟： 對結(jié)構(gòu)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(yīng)力分析； 有載孔和無載孔板的應(yīng)力、應(yīng)變分析；1. 接頭的破壞分析5.3.1 機械連接接頭的分析2022-3-28A 機械連接設(shè)計原則機械連接設(shè)計原則在適當(dāng)選擇邊距和端距的條件下，主要應(yīng)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(yīng)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