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民用飞机中复合材料连接技术

民用飞机中复合材料连接技术 2011： 虽然复合材料具有优异的性能，其应用也越来越受到人们的重视，但结构连接却是其最薄弱的环节,结构破坏的60%~80%发生在连接处。我国先进复合材料机械连接技术经过二十余年的发展，己经在连接、制孔、紧固件、装配工艺等方面取得了较大的发展。随着飞机复合材料用量的增多，机械连接的工作量有较大增长。另外，要满足飞机日益增长的新材料、新结构、新功能的要求，对连接寿命、可靠性等方面提出越来越高的要求。因此，复合材料的技术及应用水平的提高，要求连接技术应有较大的发展，才能跟上复合材料的发展速度。常用复合材料连接方式（1）胶接复合材料沿纤维方向的线膨胀系数很小,它与金属胶接时，由于热膨胀系数差别较大，在高温固化后会产生较大内应力和变形。由于复合材料层间拉伸强度低，它不像金属连接在胶接层产生剥离破坏，而易在连接端部层压板的层间产生剥离破坏。湿、热、腐蚀介质等环境效应对连接强度有显著影响。（2）机械连接常用的机械连接方法有螺栓连接和铆钉连接两种。螺栓连接安装质量稳定，但当采用干涉配合时极易使复合材料产生分层、挤伤或擦伤等损伤。另外，螺栓连接工艺过程复杂，成本高，结构重量大。与螺接相比，铆接有很大的技术经济优势，如工艺过程简单，成本低，结构重量轻等特点，因而应用更为普遍。但铆接可能引起复合材料分层、背面开裂或铆钉膨胀不均匀等现象，从而致使局部严重挤伤孔壁等缺陷。而且随着现代飞机的发展，结构要求越来越轻，单一的机械连接已经满足不了飞机发展的需求。（3）混合连接胶铆连接采用胶铆连接的目的一般是出于破损-安全的考虑，想要得到比只有机械连接或只有胶接时更好的连接安全性和完整性。混合连接可以兼有机械连接和胶接之长，存在互补的可能性，也可以兼有两者之短。在胶接连接中采用紧固件加强，一方面可以组织或延缓胶层损伤的发展，提高抗剥离、抗冲击、抗疲劳和抗蠕变等性能；另一方面也有孔应力集中带来的不利影响，且增加了重量和成本。胶接和机械连接的应力集中不在同一部位，交接连接的应力集中发生在被胶接件端部的胶层和附近的复合材料，机械连接的应力集中发生在孔附近。采用混合连接，一方面使被胶接件端部局部应力集中得到缓和，同时又产生新的应力集中源。采用混合连接是比较复杂的问题，主要与胶接件与被胶接件的强度有关，与紧固件的数量、大小和位置等也有关系。可以分为以下三种情况：A.薄板情况：如果胶层强度高于被胶接件的强度，破坏发生在胶接区域之外，那么在胶接区域设置紧固件使不起任何作用的，此时不需要附加紧固件来提供破损-安全的传载路线，只需要采用胶接连接。如果纯胶接连接的破坏形式为层压板的层间破坏，采用适当的机械连接作为补充，将会是有益的。B.厚板情况：由于要求传递载荷大，胶层成为薄弱环节。胶接传递的载荷很有限，何况在胶层失效后，最终还得靠机械连接承担全部载荷。因此对于厚板情况只需采取机械连接，而无需再用胶接。C.中等厚度板情况：要求传递载荷适中，渴望通过混合连接提高连接强度。交接连接是一种连续的连接，而对于通常采用滑配合的机械连接总是有间隙的，故一般认为，胶层完好时，紧固件基本上是不受力的，一直到胶层发生损伤引起载荷的重新分配，损伤区域的紧固件才参与受载。在这种情况下，机械连接阻止了初始损伤的扩展，这种损伤如不得到抑制，将迅速扩展导致灾难性破坏，也就是说机械连接起了破损-安全传载路线的作用。另外还有胶螺连接，焊接等各种连接方式。先进复合材料在飞机结构上的广泛应用己成为一种趋势，它在飞机结构上用量的多少已经成为其技术先进性的一个标志。复合材料具有优异的性能，其应用也越来越受到人们的重视，但结构连接却是其最薄弱的环节。在需传递大载荷的区域必须采用机械连接，机械连接在孔洞处易产生应力集中；胶接可以减轻重量，但不能传递大的载荷，而且易发生老化问题，剥离强度低,容易发生瞬间失效。(end)

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