复合材料壁板与钛合金接头连接强度试验与分析
                    刘衰财1，刘〓伟2，余梓豪2，闫照明1，方志晓3，王金亮2，高维成2
                                     (1.中国商飞上海飞机设计研究院，上海〓201210)
                                  (2.哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江 哈尔滨〓150001)
                                 (3. 江西洪都航空工业股份有限公司，江西 南昌〓330001)
     复合材料发展快速且已经广泛应用，但是由于整体制造困难等因素，结构件之间需要有大量的机械连接，因此提高连接区安全性和经济性是一个重要的课题。以复合材料壁板与钛合金接头连接结构为研究对象，开展了连接强度试验研究，测得了结构件的极限拉伸载荷与应力应变数据，得到结构件载荷传递路径以及危险螺栓位置，并与仿真结果进行了对比分析，获得了一些有意义的结果。


     民航客机结构在重要接头处大量采用钛合金与碳纤维复合材料连接结构。与金属结构相比，碳纤维复合材料层合板对开孔更加敏感，应力集中远大于金属结构，致使碳纤维复合材料连接结构由于在孔边承受过大的应力而被破坏。民航客机的很多主承力结构和次承力结构都存在大量机械连接紧固件，各紧固件承载力往往是不均匀的。复合材料与金属混合结构连接紧固件承载力分配不均匀现象更为严重。这种连接结构形式复杂，失效模式难以〖HJ*4/9〗预测，大多采用保守设计，增大了结构质量和连接紧固件数量。如何在连接结构设计中提高连接效率并在仿真计算中准确计算钉载分配是很有意义的工作。欧盟资助的BOJCAS计划进行了大型复合材料结构连接仿真分析方法研究。在BOJCAS计划下MCCARTHY等进行大量的数值模拟与试验工作，建立了多种连接结构仿真模型，研究了不同分析方法，结果表明仿真与试验相结合方法是主流分析方法。
本文以复合材料壁板与钛合金接头连接结构为研究对象，开展了连接强度试验研究，旨在测得结构件的极限拉伸载荷与应力应变数据，得到结构件载荷传递路径。

1〓试验设计
为测试试验件在拉伸载荷下的应力应变分布钉载分配、极限载荷，获取载荷传递路径，发现结构的薄弱区域，本文开展了试验设计，以期通过设计夹具，夹持试验件两端进行单向拉伸，满足试验要求。
   复合材料壁板与钛合金接头连接强度试验件及夹具设计如图1所示，壁板由复合材料蒙皮和4根桁条胶接而成，蒙皮上的复合材料铺层厚度存在阶梯变化，壁板与钛合金接头使用钛合金高锁螺栓连接。桁条端部与接头连接处采用钛合金角片加强连接，试验件下端通过钛合金接头上的两个抗拉螺栓与下夹具相连。试验件上端的蒙皮、桁条使用夹板夹持并用抗剪螺栓与上夹具相连固定。

作者简介：刘衰财（1980—），男，浙江江山人，中国商飞上海飞机设计研究院高级工程师，主要研究方向为民机复合材料强度设计。


（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）

更多关注，请扫码