分层对复合材料机械连接结构承载能力的影响

来源：核心期刊咨询网时间：2021-04-18 11:3412

摘要：摘要：复合材料是利用各种材料制备技术将多种材料组合在一起，以实现材料性能的大幅度提升。复合材料在现代社会中的应用十分广泛，在各种工业领域或制造领域中，复合材料的优秀性能可以为产品设计提供更多的可能性。机械连接是一种常用的复合材料连接方式，

　　摘要：复合材料是利用各种材料制备技术将多种材料组合在一起，以实现材料性能的大幅度提升。复合材料在现代社会中的应用十分广泛，在各种工业领域或制造领域中，复合材料的优秀性能可以为产品设计提供更多的可能性。机械连接是一种常用的复合材料连接方式，机械连接结构的承载能力将直接决定复合材料的性能。但是，分层对于承载能力的破坏能力是巨大的。所以，本研究以分层现象为主要示例，探讨各类因素对复合材料机械连接结构承载能力的影响。

　　關键词：分层;复合材料;机械连接结构;承载能力

　　0 引言

　　复合材料具有良好的可设计性，可以根据需要，设计出满足要求的弹性属性和刚度属性，在飞机制造领域应用极为广泛，是飞机先进性的关键指标。机械连接是一种常用的复合材料连接方式，受共固化等工艺水平的限制，飞机结构中的一些关键部位需要采用机械连接方式，分层是复合材料出现质量问题的最主要原因，它会严重降低复合材料的受力能力，从而降低机械连接结构的承载能力。在飞机结构损坏中，连接部位损坏占比可达70%，因此，科学掌握分层现象对于复合材料机械连接结构承载能力的影响，对进一步强化飞机结构、改善飞行器性能具有重大的意义。

　　1 复合材料机械连接的特点

　　机械连接的主要方式是利用紧固件固定复合材料，主要的方式是螺栓和销钉。而且，由于螺栓的受力能力更强，所以螺栓是最普遍的机械连接方式。在成本允许的情况下，主要的承载力结构都由螺栓来进行连接和固定。螺栓的结构也能保证其可拆卸功能[1]。

　　机械连接的优点主要分为以下几个方面：①方便进行设备检修，提高连接的稳定性;②方便进行重复拆卸，降低制造和维修成本;③需要连接的零件表面无需进行过多处理;④不需要胶类物质固定，无残余受力;⑤环境造成的恶劣影响较小。

　　机械连接也有与优点并存的缺点，主要分为以下几个方面：①螺栓附近会有高于其他位置的受力，提升了材料损坏的可能;②为了适应螺栓带来的不均匀受力，层压板可能要进行加厚处理，增加材料的实际重量，增加成本;③螺栓所需的孔洞工艺成本较大，且容易在操作过程中出现孔洞的破坏而导致对材料的损坏;④紧固件易与材料发生电偶腐蚀，损坏紧固件和材料。

　　2 复合材料的分层

　　2.1 分层的常见原因 分层出现的主要原因是曲率构件和变厚度载面。在现代的材料市场中，常见的曲率构件的结构是扇形、管状、圆柱体和球体[2]。变厚度载面则主要应用于层压板较薄或补强件与补强件相连接的地方，在自由边界处的应用量也比较大。在这些构件中，分层现象出现的概率比较高。如果两个铺层受到了法向或剪切向的力，就会很容易出现脱胶或破裂现象。而且，在使用了曲率构件或变厚度载面后，环境中的温度、层压板的制作过程和紧固件的工作状态都有可能导致分层现象的出现。在早晚温差较大的天气中，如果层压板的铺层种类不一样，复合材料产生的分层程度也会有所区别。工作环境的温度条件会造成复合材料的膨胀，当膨化程度不同的时候，层压板所受的压力自然也不相同。这些因素都会导致复合材料出现分层。由于层压板在制作过程中也会出现种种误差，这些误差的存在也会造成较多的开裂现象。

　　2.2 分层的主要类型 复合材料的分层类型主要有两种，分别是内部分层和外部分层。内部分层的主要故障部位是层压板的内部，由于内部铺板中含有大量的树脂，树脂会与内部铺板发生作用，从而导致了分层现象的出现，这种内部分层的现象会导致复合材料的内部结构受损。内部结构的损伤不会在正常状况下表现出来，但如果复合材料投入了使用，在使用中受力较大时，内部的损伤会降低材料的受力能力，从而导致材料的损毁[3]。所以，要在复合材料的制作过程中严格控制树脂的含量，防止内部分层现象的出现。在刚刚出现分层的时候，由于分层程度不高，材料的弯曲程度比较小，但这个弯曲程度会随着时间的流逝而逐渐加大，并最终降低连接处的连接质量，降低连接结构的承载能力。外部分层的位置是在接近表面的内部，外部分层的解决难度要远高于内部分层，由于外部分层的出现原因较为复杂，分层部位由于太靠近表面，所以可能会受到表面连接处的应力作用，所以解决外部分层问题基本都需要进行特定情况的专门分析，才能够解决外部分层的问题。

　　推荐阅读：机械加工评职称认可的期刊

转载请注明来自：http://www.qikan2017.com/lunwen/lig/19296.html