緊固件間距對(duì)復(fù)合材料連接強(qiáng)度影響試驗(yàn)研究

劉旭波

摘 要：緊固件間距是影響復(fù)合材料連接強(qiáng)度的重要因素之一，該文就緊固件間距對(duì)雙剪試驗(yàn)件破壞載荷的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，給出了同樣鋪層的碳纖維復(fù)合材料在不同緊固件間距情況下的連接破壞載荷。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料 連接 堅(jiān)固件間距 試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：V214.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼；A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（a）-0023-01

復(fù)合材料是20世紀(jì)60年代崛起的一大類新型材料，其強(qiáng)度高、剛度大、質(zhì)量輕、并具有抗疲勞、減振、耐高溫、可設(shè)計(jì)等一系列優(yōu)點(diǎn)，一經(jīng)問世就顯示了強(qiáng)大的生命力。目前先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天、能源、交通、建筑、生物、醫(yī)療等領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。

先進(jìn)復(fù)合材料與金屬材料相比具有比強(qiáng)度和比模量高、性能可設(shè)計(jì)和易于整體成形等許多優(yōu)異特性，將其用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)上，可比常規(guī)的金屬結(jié)構(gòu)減重25%～30%。因此，航空航天及各種領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中越來越多的采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，特別在民用航空領(lǐng)域，波音787飛機(jī)的復(fù)合材料用量已達(dá)50%，最新研制的空客A350飛機(jī)復(fù)合材料用量將超過50%。

由于復(fù)合材料成型工藝技術(shù)水平的限制和復(fù)合材料構(gòu)件不可避免要與金屬零部件相連接，在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上仍存在大量的連接問題，且由于復(fù)合材料的特殊性，其連接分析很大程度上依賴試驗(yàn)研究。而螺栓緊固件間距是影響復(fù)合材料連接強(qiáng)度的重要因素之一，該文給出了同種鋪層碳纖維復(fù)合材料在不同緊固件間距情況下的連接破壞載荷，可以為復(fù)合材料連接強(qiáng)度分析及故障處理提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)類型和試驗(yàn)條件

試件為由預(yù)浸料CYCOM X850-35-12KIM+-190制成的層板結(jié)構(gòu)，鋪層信息見表1。

緊固件選用HST12-6鈦合金高鎖螺栓，連接形式為雙剪搭接單排雙列的試驗(yàn)件緊固件間距分別為4D，5D，6D；連接形式為雙剪搭接雙排雙列的試驗(yàn)件緊固件間距分別為4D，5D，每種試驗(yàn)件各5件。

試驗(yàn)設(shè)備為INSTRON8803試驗(yàn)機(jī)，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行（溫度23±3℃；濕度50±10%RH）。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，記錄4%變形載荷及破壞載荷，如表2所示。

由表2可看出。

（1）對(duì)于雙剪搭接單排雙列連接件，隨著間距增加，連接件極限承載能力降低。間距為24 mm連接件的極限承載能力比間距為20 mm連接件的極限承載能力低0.8%，而間距為29 mm連接件的極限承載能力比間距為24 mm連接件的極限承載能力低2%。對(duì)于雙剪搭接雙排雙列連接件，間距為24 mm連接件的極限承載能力比間距為20 mm連接件的極限承載能力低1.5%。間距為24 mm的單剪搭接單排雙列連接件的極限承載能力是同間距雙剪搭接單排雙列連接件極限承載能力的60.6%。

（2）對(duì)于雙剪搭接單排雙列連接件，隨著間距增加，間距為24 mm連接件的4%變形載荷比間距為20 mm連接件的4%變形載荷高3.3%，而間距為29 mm連接件的4%變形載荷比間距為24 mm連接件的4%變形載荷低5.5%。對(duì)于雙剪搭接雙排雙列連接件，間距為24 mm連接件的4%變形載荷比間距為20 mm連接件的4%變形載荷低2.4%。間距為24 mm的單剪搭接單排雙列連接件的4%變形載荷是同間距雙剪搭接單排雙列連接件4%變形載荷的31.6%。

3 結(jié)語

對(duì)于雙剪搭接單排雙列和雙剪搭接雙排雙列連接件，連接形式和緊固件形式一致，僅緊固件間距不同的情況下，隨著緊固件間距的增大，最終破壞載荷逐漸減小。

以上數(shù)據(jù)僅得出了部分連接情況下緊固件間距對(duì)連接強(qiáng)度的影響，后續(xù)將開展更多的此方面研究，得到更多的數(shù)據(jù)，用以進(jìn)行緊固件連接方面的研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 汪海，謝鳴九.復(fù)合材料層壓板鈦螺栓連接強(qiáng)度試驗(yàn)研究，第九屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[M].北京：世界圖書出版公司，1996.

[2] 賈普榮，矯桂瓊，潘文革，等.碳纖維復(fù)合材料釘孔擠壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究，第九屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[M].北京：世界圖書出版公司，1996.

摘 要：緊固件間距是影響復(fù)合材料連接強(qiáng)度的重要因素之一，該文就緊固件間距對(duì)雙剪試驗(yàn)件破壞載荷的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，給出了同樣鋪層的碳纖維復(fù)合材料在不同緊固件間距情況下的連接破壞載荷。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料 連接 堅(jiān)固件間距 試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：V214.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼；A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（a）-0023-01

復(fù)合材料是20世紀(jì)60年代崛起的一大類新型材料，其強(qiáng)度高、剛度大、質(zhì)量輕、并具有抗疲勞、減振、耐高溫、可設(shè)計(jì)等一系列優(yōu)點(diǎn)，一經(jīng)問世就顯示了強(qiáng)大的生命力。目前先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天、能源、交通、建筑、生物、醫(yī)療等領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。

先進(jìn)復(fù)合材料與金屬材料相比具有比強(qiáng)度和比模量高、性能可設(shè)計(jì)和易于整體成形等許多優(yōu)異特性，將其用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)上，可比常規(guī)的金屬結(jié)構(gòu)減重25%～30%。因此，航空航天及各種領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中越來越多的采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，特別在民用航空領(lǐng)域，波音787飛機(jī)的復(fù)合材料用量已達(dá)50%，最新研制的空客A350飛機(jī)復(fù)合材料用量將超過50%。

由于復(fù)合材料成型工藝技術(shù)水平的限制和復(fù)合材料構(gòu)件不可避免要與金屬零部件相連接，在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上仍存在大量的連接問題，且由于復(fù)合材料的特殊性，其連接分析很大程度上依賴試驗(yàn)研究。而螺栓緊固件間距是影響復(fù)合材料連接強(qiáng)度的重要因素之一，該文給出了同種鋪層碳纖維復(fù)合材料在不同緊固件間距情況下的連接破壞載荷，可以為復(fù)合材料連接強(qiáng)度分析及故障處理提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)類型和試驗(yàn)條件

試件為由預(yù)浸料CYCOM X850-35-12KIM+-190制成的層板結(jié)構(gòu)，鋪層信息見表1。

緊固件選用HST12-6鈦合金高鎖螺栓，連接形式為雙剪搭接單排雙列的試驗(yàn)件緊固件間距分別為4D，5D，6D；連接形式為雙剪搭接雙排雙列的試驗(yàn)件緊固件間距分別為4D，5D，每種試驗(yàn)件各5件。

試驗(yàn)設(shè)備為INSTRON8803試驗(yàn)機(jī)，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行（溫度23±3℃；濕度50±10%RH）。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，記錄4%變形載荷及破壞載荷，如表2所示。

由表2可看出。

（1）對(duì)于雙剪搭接單排雙列連接件，隨著間距增加，連接件極限承載能力降低。間距為24 mm連接件的極限承載能力比間距為20 mm連接件的極限承載能力低0.8%，而間距為29 mm連接件的極限承載能力比間距為24 mm連接件的極限承載能力低2%。對(duì)于雙剪搭接雙排雙列連接件，間距為24 mm連接件的極限承載能力比間距為20 mm連接件的極限承載能力低1.5%。間距為24 mm的單剪搭接單排雙列連接件的極限承載能力是同間距雙剪搭接單排雙列連接件極限承載能力的60.6%。

（2）對(duì)于雙剪搭接單排雙列連接件，隨著間距增加，間距為24 mm連接件的4%變形載荷比間距為20 mm連接件的4%變形載荷高3.3%，而間距為29 mm連接件的4%變形載荷比間距為24 mm連接件的4%變形載荷低5.5%。對(duì)于雙剪搭接雙排雙列連接件，間距為24 mm連接件的4%變形載荷比間距為20 mm連接件的4%變形載荷低2.4%。間距為24 mm的單剪搭接單排雙列連接件的4%變形載荷是同間距雙剪搭接單排雙列連接件4%變形載荷的31.6%。

3 結(jié)語

對(duì)于雙剪搭接單排雙列和雙剪搭接雙排雙列連接件，連接形式和緊固件形式一致，僅緊固件間距不同的情況下，隨著緊固件間距的增大，最終破壞載荷逐漸減小。

以上數(shù)據(jù)僅得出了部分連接情況下緊固件間距對(duì)連接強(qiáng)度的影響，后續(xù)將開展更多的此方面研究，得到更多的數(shù)據(jù)，用以進(jìn)行緊固件連接方面的研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 汪海，謝鳴九.復(fù)合材料層壓板鈦螺栓連接強(qiáng)度試驗(yàn)研究，第九屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[M].北京：世界圖書出版公司，1996.

[2] 賈普榮，矯桂瓊，潘文革，等.碳纖維復(fù)合材料釘孔擠壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究，第九屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[M].北京：世界圖書出版公司，1996.

摘 要：緊固件間距是影響復(fù)合材料連接強(qiáng)度的重要因素之一，該文就緊固件間距對(duì)雙剪試驗(yàn)件破壞載荷的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，給出了同樣鋪層的碳纖維復(fù)合材料在不同緊固件間距情況下的連接破壞載荷。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料 連接 堅(jiān)固件間距 試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：V214.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼；A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（a）-0023-01

復(fù)合材料是20世紀(jì)60年代崛起的一大類新型材料，其強(qiáng)度高、剛度大、質(zhì)量輕、并具有抗疲勞、減振、耐高溫、可設(shè)計(jì)等一系列優(yōu)點(diǎn)，一經(jīng)問世就顯示了強(qiáng)大的生命力。目前先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天、能源、交通、建筑、生物、醫(yī)療等領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。

先進(jìn)復(fù)合材料與金屬材料相比具有比強(qiáng)度和比模量高、性能可設(shè)計(jì)和易于整體成形等許多優(yōu)異特性，將其用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)上，可比常規(guī)的金屬結(jié)構(gòu)減重25%～30%。因此，航空航天及各種領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中越來越多的采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，特別在民用航空領(lǐng)域，波音787飛機(jī)的復(fù)合材料用量已達(dá)50%，最新研制的空客A350飛機(jī)復(fù)合材料用量將超過50%。

由于復(fù)合材料成型工藝技術(shù)水平的限制和復(fù)合材料構(gòu)件不可避免要與金屬零部件相連接，在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上仍存在大量的連接問題，且由于復(fù)合材料的特殊性，其連接分析很大程度上依賴試驗(yàn)研究。而螺栓緊固件間距是影響復(fù)合材料連接強(qiáng)度的重要因素之一，該文給出了同種鋪層碳纖維復(fù)合材料在不同緊固件間距情況下的連接破壞載荷，可以為復(fù)合材料連接強(qiáng)度分析及故障處理提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)類型和試驗(yàn)條件

試件為由預(yù)浸料CYCOM X850-35-12KIM+-190制成的層板結(jié)構(gòu)，鋪層信息見表1。

緊固件選用HST12-6鈦合金高鎖螺栓，連接形式為雙剪搭接單排雙列的試驗(yàn)件緊固件間距分別為4D，5D，6D；連接形式為雙剪搭接雙排雙列的試驗(yàn)件緊固件間距分別為4D，5D，每種試驗(yàn)件各5件。

試驗(yàn)設(shè)備為INSTRON8803試驗(yàn)機(jī)，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行（溫度23±3℃；濕度50±10%RH）。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，記錄4%變形載荷及破壞載荷，如表2所示。

由表2可看出。

（1）對(duì)于雙剪搭接單排雙列連接件，隨著間距增加，連接件極限承載能力降低。間距為24 mm連接件的極限承載能力比間距為20 mm連接件的極限承載能力低0.8%，而間距為29 mm連接件的極限承載能力比間距為24 mm連接件的極限承載能力低2%。對(duì)于雙剪搭接雙排雙列連接件，間距為24 mm連接件的極限承載能力比間距為20 mm連接件的極限承載能力低1.5%。間距為24 mm的單剪搭接單排雙列連接件的極限承載能力是同間距雙剪搭接單排雙列連接件極限承載能力的60.6%。

（2）對(duì)于雙剪搭接單排雙列連接件，隨著間距增加，間距為24 mm連接件的4%變形載荷比間距為20 mm連接件的4%變形載荷高3.3%，而間距為29 mm連接件的4%變形載荷比間距為24 mm連接件的4%變形載荷低5.5%。對(duì)于雙剪搭接雙排雙列連接件，間距為24 mm連接件的4%變形載荷比間距為20 mm連接件的4%變形載荷低2.4%。間距為24 mm的單剪搭接單排雙列連接件的4%變形載荷是同間距雙剪搭接單排雙列連接件4%變形載荷的31.6%。

3 結(jié)語

對(duì)于雙剪搭接單排雙列和雙剪搭接雙排雙列連接件，連接形式和緊固件形式一致，僅緊固件間距不同的情況下，隨著緊固件間距的增大，最終破壞載荷逐漸減小。

以上數(shù)據(jù)僅得出了部分連接情況下緊固件間距對(duì)連接強(qiáng)度的影響，后續(xù)將開展更多的此方面研究，得到更多的數(shù)據(jù)，用以進(jìn)行緊固件連接方面的研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 汪海，謝鳴九.復(fù)合材料層壓板鈦螺栓連接強(qiáng)度試驗(yàn)研究，第九屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[M].北京：世界圖書出版公司，1996.

[2] 賈普榮，矯桂瓊，潘文革，等.碳纖維復(fù)合材料釘孔擠壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究，第九屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[M].北京：世界圖書出版公司，1996.