緊固件間距對復合材料連接強度影響試驗研究

劉旭波

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

關鍵詞：復合材料 連接 堅固件間距 試驗

中圖分類號：V214.8 文獻標識碼；A 文章編號：1674-098X（2014）08（a）-0023-01

復合材料是20世紀60年代崛起的一大類新型材料，其強度高、剛度大、質量輕、并具有抗疲勞、減振、耐高溫、可設計等一系列優點，一經問世就顯示了強大的生命力。目前先進復合材料在航空航天、能源、交通、建筑、生物、醫療等領域中獲得了廣泛的應用。

先進復合材料與金屬材料相比具有比強度和比模量高、性能可設計和易于整體成形等許多優異特性，將其用于飛機結構上，可比常規的金屬結構減重25%～30%。因此，航空航天及各種領域的結構設計中越來越多的采用復合材料結構，特別在民用航空領域，波音787飛機的復合材料用量已達50%，最新研制的空客A350飛機復合材料用量將超過50%。

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

1 試驗類型和試驗條件

試件為由預浸料CYCOM X850-35-12KIM+-190制成的層板結構，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件緊固件間距分別為4D，5D，每種試驗件各5件。

試驗設備為INSTRON8803試驗機，在標準試驗室環境下進行（溫度23±3℃；濕度50±10%RH）。

2 試驗結果與分析

按照試驗標準進行試驗，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 結語

對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。

以上數據僅得出了部分連接情況下緊固件間距對連接強度的影響，后續將開展更多的此方面研究，得到更多的數據，用以進行緊固件連接方面的研究。

參考文獻

[1] 汪海，謝鳴九.復合材料層壓板鈦螺栓連接強度試驗研究，第九屆全國復合材料學術會議論文集[M].北京：世界圖書出版公司，1996.

[2] 賈普榮，矯桂瓊，潘文革，等.碳纖維復合材料釘孔擠壓強度試驗研究，第九屆全國復合材料學術會議論文集[M].北京：世界圖書出版公司，1996.

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

關鍵詞：復合材料 連接 堅固件間距 試驗

中圖分類號：V214.8 文獻標識碼；A 文章編號：1674-098X（2014）08（a）-0023-01

復合材料是20世紀60年代崛起的一大類新型材料，其強度高、剛度大、質量輕、并具有抗疲勞、減振、耐高溫、可設計等一系列優點，一經問世就顯示了強大的生命力。目前先進復合材料在航空航天、能源、交通、建筑、生物、醫療等領域中獲得了廣泛的應用。

先進復合材料與金屬材料相比具有比強度和比模量高、性能可設計和易于整體成形等許多優異特性，將其用于飛機結構上，可比常規的金屬結構減重25%～30%。因此，航空航天及各種領域的結構設計中越來越多的采用復合材料結構，特別在民用航空領域，波音787飛機的復合材料用量已達50%，最新研制的空客A350飛機復合材料用量將超過50%。

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

1 試驗類型和試驗條件

試件為由預浸料CYCOM X850-35-12KIM+-190制成的層板結構，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件緊固件間距分別為4D，5D，每種試驗件各5件。

試驗設備為INSTRON8803試驗機，在標準試驗室環境下進行（溫度23±3℃；濕度50±10%RH）。

2 試驗結果與分析

按照試驗標準進行試驗，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 結語

對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。

以上數據僅得出了部分連接情況下緊固件間距對連接強度的影響，后續將開展更多的此方面研究，得到更多的數據，用以進行緊固件連接方面的研究。

參考文獻

[1] 汪海，謝鳴九.復合材料層壓板鈦螺栓連接強度試驗研究，第九屆全國復合材料學術會議論文集[M].北京：世界圖書出版公司，1996.

[2] 賈普榮，矯桂瓊，潘文革，等.碳纖維復合材料釘孔擠壓強度試驗研究，第九屆全國復合材料學術會議論文集[M].北京：世界圖書出版公司，1996.

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

關鍵詞：復合材料 連接 堅固件間距 試驗

中圖分類號：V214.8 文獻標識碼；A 文章編號：1674-098X（2014）08（a）-0023-01

復合材料是20世紀60年代崛起的一大類新型材料，其強度高、剛度大、質量輕、并具有抗疲勞、減振、耐高溫、可設計等一系列優點，一經問世就顯示了強大的生命力。目前先進復合材料在航空航天、能源、交通、建筑、生物、醫療等領域中獲得了廣泛的應用。

先進復合材料與金屬材料相比具有比強度和比模量高、性能可設計和易于整體成形等許多優異特性，將其用于飛機結構上，可比常規的金屬結構減重25%～30%。因此，航空航天及各種領域的結構設計中越來越多的采用復合材料結構，特別在民用航空領域，波音787飛機的復合材料用量已達50%，最新研制的空客A350飛機復合材料用量將超過50%。

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

1 試驗類型和試驗條件

試件為由預浸料CYCOM X850-35-12KIM+-190制成的層板結構，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件緊固件間距分別為4D，5D，每種試驗件各5件。

試驗設備為INSTRON8803試驗機，在標準試驗室環境下進行（溫度23±3℃；濕度50±10%RH）。

2 試驗結果與分析

按照試驗標準進行試驗，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 結語

對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。

以上數據僅得出了部分連接情況下緊固件間距對連接強度的影響，后續將開展更多的此方面研究，得到更多的數據，用以進行緊固件連接方面的研究。

參考文獻

[1] 汪海，謝鳴九.復合材料層壓板鈦螺栓連接強度試驗研究，第九屆全國復合材料學術會議論文集[M].北京：世界圖書出版公司，1996.

[2] 賈普榮，矯桂瓊，潘文革，等.碳纖維復合材料釘孔擠壓強度試驗研究，第九屆全國復合材料學術會議論文集[M].北京：世界圖書出版公司，1996.