復(fù)合材料連接技術(shù)

　　復(fù)合材料機械連接技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)研究并使用多年，已大量在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中使用普通鈦合金組合螺栓和鈦合金高鎖螺栓等鈦緊固件。復(fù)合材料為層狀結(jié)構(gòu)，其層剪強度低、塑性差、抗沖擊力差、開孔后存在較高的應(yīng)力集中系數(shù)，因而造成連接后載荷再分配能力差，使得目前最好的連接接頭強度只能達(dá)到原層壓板強度的一半。在楔形、階梯型、雙面搭接以及單面搭接4種接頭形式中，對于楔形和階梯形接頭，由于接頭內(nèi)載荷的傳遞路線基本不變，因而這兩種接頭效率最高，而對于雙面搭接和單面搭接接頭，接頭效率則最低。在連接中應(yīng)解決以下幾個問題：

　　（1）連接接頭設(shè)計

　　通常情況下，應(yīng)避免使用多排緊固件連接接頭，最佳接頭設(shè)計方案為采用兩排緊固件的方式完成接頭連接。但是，對于在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中使用干涉連接技術(shù)時，則可以采用多排緊固件完成接頭連接，這是因為干涉連接具有改善釘載分配的能力，可降低外排釘與內(nèi)排釘承載能力的差值，同時提高內(nèi)排釘?shù)某休d能力。

　　（2）緊固件頭形的選用

　　復(fù)合材料接頭強度對緊固件頭部形狀非常敏感。選用原則簡單表述如下：當(dāng)主要結(jié)構(gòu)與層壓板厚度小于緊固件直徑時，宜選用薄頭和大直徑抗剪型緊固件；當(dāng)主要結(jié)構(gòu)與層壓板厚度大于緊固件直徑時，宜選用標(biāo)準(zhǔn)抗拉頭型緊固件；對于在關(guān)鍵接頭部位，應(yīng)該考慮使用襯套類緊固件實現(xiàn)干涉配合。

　　（3）擰緊力矩

　　由于復(fù)合材料載荷能力分配有限，因而為保證不產(chǎn)生較高的應(yīng)力集中，并且充分發(fā)揮整體許用應(yīng)變值，則所選用的緊固件均應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)可控力矩，如艾迪2型螺栓螺母系統(tǒng)、高鎖螺栓/高鎖螺母、鈦合金環(huán)槽鉚釘、大底腳鈦合金抽釘?shù)龋褂每煽亓鼐o固件可以避免因防松弛連接或擰緊力矩過高而壓碎復(fù)合材料。

　　（4）制孔精度

　　由于復(fù)合材料抗沖擊能力較差，為保證復(fù)合材料結(jié)構(gòu)安裝使用后盡可能降低螺栓桿部對孔壁的沖擊損傷，采用間隙連接時需要采用緊公差配合方式，配合精度為H8/h8級，而采用干涉連接時，制孔精度達(dá)到保證干涉量為0.5%～1.5%時較理想。

　　（5）連接接頭效率

　　對于關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位，為進(jìn)一步提高接頭效率以及接頭壽命，需采用襯套類緊固件，如襯套類鈦合金高鎖螺栓/高鎖螺母緊固系統(tǒng)、襯套類鈦合金單面螺紋抽釘緊固系統(tǒng)以及襯套類鈦合金環(huán)槽緊固系統(tǒng)，這些緊固系統(tǒng)均能夠?qū)崿F(xiàn)提高連接接頭疲勞壽命的目標(biāo)。干涉緊固系統(tǒng)不但具有提高接頭疲勞壽命的特性，同時可以獲得改善釘載分布的效果，研究表明，四排釘采用間隙連接接頭形式時，內(nèi)排釘與外排釘釘載分配比例相差25%，而干涉連接后的差值僅為5%左右。釘載分布能力的改善對提高結(jié)構(gòu)承載能力和提高復(fù)合材料的許用應(yīng)變值具有極大的好處，另外由于干涉連接后，緊固件及襯套與復(fù)合材料連接緊密，大大提高了電荷散逸能力，據(jù)有關(guān)資料介紹，可比間隙連接用導(dǎo)電密封膠提高電荷散逸能力上百倍，同時可以獲得明顯的密封效果，并且降低了密封膠的使用量。