螺栓擰緊力矩對(duì)復(fù)合材料連接強(qiáng)度影響試驗(yàn)研究

劉旭波

摘 要：螺栓擰緊力矩是影響復(fù)合材料連接強(qiáng)度的因素之一，該文就緊固件擰緊力矩對(duì)雙剪試驗(yàn)件破壞載荷的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，給出了同樣鋪層的碳纖維復(fù)合材料在不同擰緊力矩情況下的連接破壞載荷。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料 連接 擰緊力矩 試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：V1.248 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（b）-0026-01

復(fù)合材料是20世紀(jì)60年代崛起的一大類新型材料，其強(qiáng)度高、剛度大、質(zhì)量輕、并具有抗疲勞、減振、耐高溫、可設(shè)計(jì)等一系列優(yōu)點(diǎn)，一經(jīng)問世就顯示了強(qiáng)大的生命力。目前先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天、能源、交通、建筑、生物、醫(yī)療等領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。

先進(jìn)復(fù)合材料與金屬材料相比具有比強(qiáng)度和比模量高、性能可設(shè)計(jì)和易于整體成形等許多優(yōu)異特性，將其用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)上，可比常規(guī)的金屬結(jié)構(gòu)減重25%～30%。因此，航空航天及各種領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中越來越多的采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，特別在民用航空領(lǐng)域，波音787飛機(jī)的復(fù)合材料用量已達(dá)50%，最新研制的空客A350飛機(jī)復(fù)合材料用量將超過50%。

由于復(fù)合材料成型工藝技術(shù)水平的限制和復(fù)合材料構(gòu)件不可避免要與金屬零部件相連接，在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上仍存在大量的連接問題，且由于復(fù)合材料的特殊性，其連接分析很大程度上依賴試驗(yàn)研究。而螺栓擰緊力矩是影響復(fù)合材料連接強(qiáng)度的因素之一，該文給出了同種鋪層碳纖維復(fù)合材料在不同擰緊力矩情況下的連接破壞載荷，可以為復(fù)合材料擰緊力矩標(biāo)準(zhǔn)制定提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)類型和試驗(yàn)條件

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）雙剪連接情況下，隨著擰緊力矩的增大，最終破壞載荷逐漸增大，直到擰緊力矩達(dá)到8 N·m時(shí)，接頭強(qiáng)度減小。而4%變形載荷隨著擰緊力矩的增大呈下降趨勢(shì)。

（2）單剪連接情況下，隨著擰緊力矩的增大，最終破壞載荷也逐漸增大，表現(xiàn)出了跟雙剪連接同樣的趨勢(shì)。

（3）比較雙剪和單剪連接情況下同樣螺栓擰緊力矩的4%變形載荷，雙剪連接比單剪連接載荷小。

（4）比較雙剪和單剪連接情況下同樣螺栓擰緊力矩的破壞載荷，緊固件為2 N·m擰緊力矩時(shí)，雙剪連接比單剪連接載荷增大了8.7%；緊固件為4 N·m擰緊力矩時(shí)，雙剪連接比單剪連接載荷減小了7.8%。

（5）雙剪搭接試驗(yàn)件的失效模式主要為中間板孔邊擠壓失效，單剪搭接試驗(yàn)件在下層壓板孔邊發(fā)生擠壓失效，并且2 N·m擰緊力矩時(shí)螺栓桿發(fā)生彎曲，4 N·m時(shí)螺栓桿發(fā)生剪切失效。

3 結(jié)論

連接形式和緊固件形式一致，僅擰緊力矩不同的情況下，隨著擰緊力矩的增大，最終破壞載荷逐漸增大，但存在一個(gè)極值，超過極值后，隨著擰緊力矩增大破壞載荷反而會(huì)降低。

雙剪和單剪連接情況下同樣螺栓擰緊力矩的4%變形載荷，雙剪連接比單剪連接載荷小；雙剪和單剪連接情況下同樣螺栓擰緊力矩的破壞載荷，緊固件為2 N·m擰緊力矩時(shí)，雙剪連接比單剪連接載荷大，緊固件為4 N·m擰緊力矩時(shí)，雙剪連接比單剪連接載荷小；雙剪搭接試驗(yàn)件的失效模式主要為中間板孔邊擠壓失效，單剪搭接試驗(yàn)件在下層壓板孔邊發(fā)生擠壓失效，并且2 N·m擰緊力矩時(shí)螺栓桿發(fā)生彎曲，4 N·m時(shí)螺栓桿發(fā)生剪切失效。

以上數(shù)據(jù)僅得出了部分連接情況下擰緊力矩對(duì)連接強(qiáng)度的影響，后續(xù)將開展更多的此方面研究，得到更多的數(shù)據(jù)，用以進(jìn)行螺栓擰緊力矩方面的研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 汪海，謝鳴九.復(fù)合材料層壓板鈦螺栓連接強(qiáng)度試驗(yàn)研究，第九屆全國(guó)復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].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(fù)合材料釘孔擠壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究，第九屆全國(guó)復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].北京：世界圖書出版公司.1996.

[3] 金暉.民用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)環(huán)境因子確定方法研究[J].民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，2012（S1）：34-37.endprint

摘 要：螺栓擰緊力矩是影響復(fù)合材料連接強(qiáng)度的因素之一，該文就緊固件擰緊力矩對(duì)雙剪試驗(yàn)件破壞載荷的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，給出了同樣鋪層的碳纖維復(fù)合材料在不同擰緊力矩情況下的連接破壞載荷。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料 連接 擰緊力矩 試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：V1.248 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（b）-0026-01

復(fù)合材料是20世紀(jì)60年代崛起的一大類新型材料，其強(qiáng)度高、剛度大、質(zhì)量輕、并具有抗疲勞、減振、耐高溫、可設(shè)計(jì)等一系列優(yōu)點(diǎn)，一經(jīng)問世就顯示了強(qiáng)大的生命力。目前先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天、能源、交通、建筑、生物、醫(yī)療等領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。

先進(jìn)復(fù)合材料與金屬材料相比具有比強(qiáng)度和比模量高、性能可設(shè)計(jì)和易于整體成形等許多優(yōu)異特性，將其用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)上，可比常規(guī)的金屬結(jié)構(gòu)減重25%～30%。因此，航空航天及各種領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中越來越多的采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，特別在民用航空領(lǐng)域，波音787飛機(jī)的復(fù)合材料用量已達(dá)50%，最新研制的空客A350飛機(jī)復(fù)合材料用量將超過50%。

由于復(fù)合材料成型工藝技術(shù)水平的限制和復(fù)合材料構(gòu)件不可避免要與金屬零部件相連接，在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上仍存在大量的連接問題，且由于復(fù)合材料的特殊性，其連接分析很大程度上依賴試驗(yàn)研究。而螺栓擰緊力矩是影響復(fù)合材料連接強(qiáng)度的因素之一，該文給出了同種鋪層碳纖維復(fù)合材料在不同擰緊力矩情況下的連接破壞載荷，可以為復(fù)合材料擰緊力矩標(biāo)準(zhǔn)制定提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)類型和試驗(yàn)條件

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）雙剪連接情況下，隨著擰緊力矩的增大，最終破壞載荷逐漸增大，直到擰緊力矩達(dá)到8 N·m時(shí)，接頭強(qiáng)度減小。而4%變形載荷隨著擰緊力矩的增大呈下降趨勢(shì)。

（2）單剪連接情況下，隨著擰緊力矩的增大，最終破壞載荷也逐漸增大，表現(xiàn)出了跟雙剪連接同樣的趨勢(shì)。

（3）比較雙剪和單剪連接情況下同樣螺栓擰緊力矩的4%變形載荷，雙剪連接比單剪連接載荷小。

（4）比較雙剪和單剪連接情況下同樣螺栓擰緊力矩的破壞載荷，緊固件為2 N·m擰緊力矩時(shí)，雙剪連接比單剪連接載荷增大了8.7%；緊固件為4 N·m擰緊力矩時(shí)，雙剪連接比單剪連接載荷減小了7.8%。

（5）雙剪搭接試驗(yàn)件的失效模式主要為中間板孔邊擠壓失效，單剪搭接試驗(yàn)件在下層壓板孔邊發(fā)生擠壓失效，并且2 N·m擰緊力矩時(shí)螺栓桿發(fā)生彎曲，4 N·m時(shí)螺栓桿發(fā)生剪切失效。

3 結(jié)論

連接形式和緊固件形式一致，僅擰緊力矩不同的情況下，隨著擰緊力矩的增大，最終破壞載荷逐漸增大，但存在一個(gè)極值，超過極值后，隨著擰緊力矩增大破壞載荷反而會(huì)降低。

雙剪和單剪連接情況下同樣螺栓擰緊力矩的4%變形載荷，雙剪連接比單剪連接載荷小；雙剪和單剪連接情況下同樣螺栓擰緊力矩的破壞載荷，緊固件為2 N·m擰緊力矩時(shí)，雙剪連接比單剪連接載荷大，緊固件為4 N·m擰緊力矩時(shí)，雙剪連接比單剪連接載荷小；雙剪搭接試驗(yàn)件的失效模式主要為中間板孔邊擠壓失效，單剪搭接試驗(yàn)件在下層壓板孔邊發(fā)生擠壓失效，并且2 N·m擰緊力矩時(shí)螺栓桿發(fā)生彎曲，4 N·m時(shí)螺栓桿發(fā)生剪切失效。

以上數(shù)據(jù)僅得出了部分連接情況下擰緊力矩對(duì)連接強(qiáng)度的影響，后續(xù)將開展更多的此方面研究，得到更多的數(shù)據(jù)，用以進(jìn)行螺栓擰緊力矩方面的研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 汪海，謝鳴九.復(fù)合材料層壓板鈦螺栓連接強(qiáng)度試驗(yàn)研究，第九屆全國(guó)復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].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(fù)合材料釘孔擠壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究，第九屆全國(guó)復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].北京：世界圖書出版公司.1996.

[3] 金暉.民用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)環(huán)境因子確定方法研究[J].民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，2012（S1）：34-37.endprint

摘 要：螺栓擰緊力矩是影響復(fù)合材料連接強(qiáng)度的因素之一，該文就緊固件擰緊力矩對(duì)雙剪試驗(yàn)件破壞載荷的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，給出了同樣鋪層的碳纖維復(fù)合材料在不同擰緊力矩情況下的連接破壞載荷。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料 連接 擰緊力矩 試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：V1.248 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（b）-0026-01

復(fù)合材料是20世紀(jì)60年代崛起的一大類新型材料，其強(qiáng)度高、剛度大、質(zhì)量輕、并具有抗疲勞、減振、耐高溫、可設(shè)計(jì)等一系列優(yōu)點(diǎn)，一經(jīng)問世就顯示了強(qiáng)大的生命力。目前先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天、能源、交通、建筑、生物、醫(yī)療等領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。

先進(jìn)復(fù)合材料與金屬材料相比具有比強(qiáng)度和比模量高、性能可設(shè)計(jì)和易于整體成形等許多優(yōu)異特性，將其用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)上，可比常規(guī)的金屬結(jié)構(gòu)減重25%～30%。因此，航空航天及各種領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中越來越多的采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，特別在民用航空領(lǐng)域，波音787飛機(jī)的復(fù)合材料用量已達(dá)50%，最新研制的空客A350飛機(jī)復(fù)合材料用量將超過50%。

由于復(fù)合材料成型工藝技術(shù)水平的限制和復(fù)合材料構(gòu)件不可避免要與金屬零部件相連接，在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上仍存在大量的連接問題，且由于復(fù)合材料的特殊性，其連接分析很大程度上依賴試驗(yàn)研究。而螺栓擰緊力矩是影響復(fù)合材料連接強(qiáng)度的因素之一，該文給出了同種鋪層碳纖維復(fù)合材料在不同擰緊力矩情況下的連接破壞載荷，可以為復(fù)合材料擰緊力矩標(biāo)準(zhǔn)制定提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)類型和試驗(yàn)條件

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）雙剪連接情況下，隨著擰緊力矩的增大，最終破壞載荷逐漸增大，直到擰緊力矩達(dá)到8 N·m時(shí)，接頭強(qiáng)度減小。而4%變形載荷隨著擰緊力矩的增大呈下降趨勢(shì)。

（2）單剪連接情況下，隨著擰緊力矩的增大，最終破壞載荷也逐漸增大，表現(xiàn)出了跟雙剪連接同樣的趨勢(shì)。

（3）比較雙剪和單剪連接情況下同樣螺栓擰緊力矩的4%變形載荷，雙剪連接比單剪連接載荷小。

（4）比較雙剪和單剪連接情況下同樣螺栓擰緊力矩的破壞載荷，緊固件為2 N·m擰緊力矩時(shí)，雙剪連接比單剪連接載荷增大了8.7%；緊固件為4 N·m擰緊力矩時(shí)，雙剪連接比單剪連接載荷減小了7.8%。

（5）雙剪搭接試驗(yàn)件的失效模式主要為中間板孔邊擠壓失效，單剪搭接試驗(yàn)件在下層壓板孔邊發(fā)生擠壓失效，并且2 N·m擰緊力矩時(shí)螺栓桿發(fā)生彎曲，4 N·m時(shí)螺栓桿發(fā)生剪切失效。

3 結(jié)論

連接形式和緊固件形式一致，僅擰緊力矩不同的情況下，隨著擰緊力矩的增大，最終破壞載荷逐漸增大，但存在一個(gè)極值，超過極值后，隨著擰緊力矩增大破壞載荷反而會(huì)降低。

雙剪和單剪連接情況下同樣螺栓擰緊力矩的4%變形載荷，雙剪連接比單剪連接載荷小；雙剪和單剪連接情況下同樣螺栓擰緊力矩的破壞載荷，緊固件為2 N·m擰緊力矩時(shí)，雙剪連接比單剪連接載荷大，緊固件為4 N·m擰緊力矩時(shí)，雙剪連接比單剪連接載荷小；雙剪搭接試驗(yàn)件的失效模式主要為中間板孔邊擠壓失效，單剪搭接試驗(yàn)件在下層壓板孔邊發(fā)生擠壓失效，并且2 N·m擰緊力矩時(shí)螺栓桿發(fā)生彎曲，4 N·m時(shí)螺栓桿發(fā)生剪切失效。

以上數(shù)據(jù)僅得出了部分連接情況下擰緊力矩對(duì)連接強(qiáng)度的影響，后續(xù)將開展更多的此方面研究，得到更多的數(shù)據(jù)，用以進(jìn)行螺栓擰緊力矩方面的研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 汪海，謝鳴九.復(fù)合材料層壓板鈦螺栓連接強(qiáng)度試驗(yàn)研究，第九屆全國(guó)復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].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(fù)合材料釘孔擠壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究，第九屆全國(guó)復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].北京：世界圖書出版公司.1996.

[3] 金暉.民用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)環(huán)境因子確定方法研究[J].民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，2012（S1）：34-37.endprint