《复合材料装配技术》课件-任务4.1复合材料机械连接强度

复合材料装配技术复合材料机械连接强度纤维增强树脂基复合材料的主要连接方式除了胶接连接外，还有机械连接及混合连接；由于胶接强度分散性大，可靠性差、剥离强度低等原因，对于重要的高载荷部位，机械连接仍是最常用的方法。A380上10000个螺钉，F-22上有14000个螺钉；据统计，飞行器结构破坏的70%都发生在连接部位CONTENTS目录复材机械连接类型及应用特点01复合材料机械连接破坏形式02复材机械连接类型及应用特点PART01一、复材机械连接类型及应用特点什么是机械连接？紧固件一、复材机械连接类型及应用特点（一）复材机械连接基本类型按结构特点分可拆、不可拆按连接紧固件螺栓连接：承载大，可拆铆钉连接：强度低，承载小，不可拆，常用于板厚1~3mm铆钉直径一般小于4mm，否则铆钉成型困难，且容易造成复合材料损伤一、复材机械连接类型及应用特点（二）复材机械连接应用特点优点强度高可传递大载荷、安全可靠受环境影响小不用制备连接面螺接可重复装拆无胶接固化的残余应力一、复材机械连接类型及应用特点（二）复材机械连接应用特点缺点增重、不平、钻孔问题多（开孔应力集中、纤维中断、分层、边缘起毛）、要考虑电位腐蚀、安装损伤问题应用受力较大、连接构件稍厚、强调可靠性的场合复合材料机械连接破坏形式PART02二、复合材料机械连接破坏形式FFP第一排边距s板厚t板宽W端距e接头几何参数孔径D端距e板宽W板厚t孔距（排距P）边距s（一）复合材料机械连接接头几何参数二、复合材料机械连接破坏形式连接接头的任一组成部分，被连接件或连接介质（紧固件）发生破坏。IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII连接破坏二、复合材料机械连接破坏形式（二）基本破坏形式

（c）复材板劈裂破坏（a）复材板拉伸破坏（b）复材板剪切破坏二、复合材料机械连接破坏形式（二）基本破坏形式

(f）紧固件的拉弯变形（d）复材板的挤压破坏（e）拉脱破坏

二、复合材料机械连接破坏形式（三）复材板的拉伸与剪切破坏的识别板的挤压破坏剪切破坏拉伸破坏二、复合材料机械连接破坏形式（三）复材板的拉伸与剪切破坏的识别01.被连接板拉伸破坏时的应力计算AL=(w-

nD)

tσL=

F/AL

（σ读西格马）拉伸应力①紧固件间距>5D②加厚连接部位板厚拉伸应力净截面拉伸破坏为灾难性破坏，应避免发生沿着载荷方向承载的纵向纤维比例不能太少二、复合材料机械连接破坏形式（三）复材板的拉伸与剪切破坏的识别02.被连接板剪切破坏时的应力剪切应力

τj=

F/Aj

剪切面积Aj=

2et二、复合材料机械连接破坏形式（三）复材板的拉伸与剪切破坏的识别02.被连接板剪切破坏时的应力剪切劈裂措施加大端距：端距e=3D~4D；

0°层不宜过多，否则容易发生劈裂破坏，即使加大e也无济于事（40%以上±45°铺层；10%以上90°铺层；）劈裂及剪切破坏为灾难性破坏应避免发生二、复合材料机械连接破坏形式03.被连接板挤压破坏时的应力被连接板孔壁受紧固件的挤压：孔壁纤维和基体表面被压碎，受压侧的材料堆积分层、沿载荷方向孔发生变形。挤压应力：σjy=

F/Ajy

铺层合理、W/D，e/D足够大时发生挤压破坏。几种破坏中，只有挤压破坏为局部破坏，承载能力最高，非灾难性破坏，设计时应设计成只发生这种破坏形式圆柱面挤压时A

jy=

D

tFF二、复合材料机械连接破坏形式04.拉脱破坏层压板过薄面外拉伸沉头孔过深措施增加层压板厚度t>0.6D设计时避免连接部位承受面外拉伸载荷沉头孔深度<0.6tFF二、复合材料机械连接破坏形式05.紧固件剪切破坏时的应力剪切面积Aj

=

πr2τj=

F/Aj

铆钉直径过小或铆钉材料剪切强度小都会造成铆钉剪切破坏措施增加紧固件直径d/t>1采用抗剪强度高的紧固件小结破坏时的应力受力面积被连接板的拉伸应力

σL=F/AL板受拉伸面积AL=(w-nD)t被连接板的剪切应力τj=F/Aj板受剪切面积Aj=2et被连接板的挤压应力σy=F/Ay

板受挤压面积Ay=Dt紧固件钉的剪切应力τj=F/Aj

钉受剪面积Aj=πr2

连接板不同破坏情况时的应力思考题σ=F/A<[σ]下图所示为铆钉连接接头，若复合材料连接板拉伸破坏应力为56mpa，已知板厚t为2mm，铆钉直径取4mm，板宽40mm，铆钉孔径按D=d+0.2，F=4000N问题1、图A被连接板是否会发生拉