復合材料連接技術

　　復合材料機械連接技術在國內(nèi)已經(jīng)研究并使用多年，已大量在復合材料結構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。復合材料為層狀結構，其層剪強度低、塑性差、抗沖擊力差、開孔后存在較高的應力集中系數(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。在連接中應解決以下幾個問題：

　?。?）連接接頭設計

　　通常情況下，應避免使用多排緊固件連接接頭，最佳接頭設計方案為采用兩排緊固件的方式完成接頭連接。但是，對于在復合材料結構中使用干涉連接技術時，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：當主要結構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；當主要結構與層壓板厚度大于緊固件直徑時，宜選用標準抗拉頭型緊固件；對于在關鍵接頭部位，應該考慮使用襯套類緊固件實現(xiàn)干涉配合。

　?。?）擰緊力矩

　　由于復合材料載荷能力分配有限，因而為保證不產(chǎn)生較高的應力集中，并且充分發(fā)揮整體許用應變值，則所選用的緊固件均應能夠?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合材料。

　　（4）制孔精度

　　由于復合材料抗沖擊能力較差，為保證復合材料結構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

　　對于關鍵結構部位，為進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。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構承載能力和提高復合材料的許用應變值具有極大的好處，另外由于干涉連接后，緊固件及襯套與復合材料連接緊密，大大提高了電荷散逸能力，據(jù)有關資料介紹，可比間隙連接用導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。