复合材料结构终止端胶螺混合连接设计方法文献综述

 2022-01-09 06:01

全文总字数:3768字

文献综述

1、研究背景复合材料胶螺混合连接同时具备螺栓连接与胶接的特点与优点,并因其独特性能及安全性获得工程领域广泛关注[1]。

该项研究最早起源于Kelly、Smith、Chan等于20世纪80年代的研究,其最初是作为保险性结构和修补使用,用以提高损伤容限[2]。

随后由Tan和Steward等针对该混合连接结构进一步开展了应用研究[1]。

当前,该项研究技术还有胶接损伤难预测、工艺控制难、载荷分配不均衡、螺栓起到的作用有限使混合连接效率低的现实问题迫切需要解决,所以在胶螺混合连接中如何均衡载荷分配,提高承载能力和连接效率以期为在混合材料结构中进一步应用是一个值得深入研究的课题,也是一个难点问题。

2、研究现状根据已查阅的文献资料显示,理论界主要根据胶螺混合的四个结构成因即:结构密封需求、损伤修补需求、胶结安全保护需求以及承载能力提升需求来确定了五个研究方向即:复材修理与损伤容限、成型工艺与传力路径、参数影响与载荷分配、剥离抑制与多钉载荷以及承载强度预测[3]。

近年来国内外学者对此进行了针对性的研究,国内中国民航大学学者刘礼平[4]等采用有限元模型分析后发现胶铆混合修理的Mises应力和剥离应力均更小且分布更均匀,不同成型工艺的差异造成了承载能力和使用寿命的不同,王衔等学者利用试验结果表明混合连接承载能力稳定,且两种工艺制作固定尺寸的混合接头时,先胶结再钻孔的接头在一定数量里螺栓数上升会使承载能力上升,但是过多承载能力反而下降,先钻孔再涂胶的接头螺栓和胶层协同能力好,但制作工艺要求高[5]。

载荷分配的影响因素很多,主要是材料参数、结构参数、工艺参数三大方面[6]。

材料参数方面,胶粘剂的属性是及其重要应该被关注的属性,Bodjona[7] 等使用傅立叶振幅灵敏度测试定量确定了最重要的影响因素是粘合剂屈服强度,杨氏模量影响比较起来相对较小,但是在另一项研究线性材料行为的实验中[8],反而杨氏模量影响巨大,比较得知材料力学行为对载荷分配的影响力巨大,黄文俊[9]等建立了一个三维有限元模型关于胶螺混合连接的试验可知提高局部刚度可以明显提高结构的拉伸强度。

BOIS[10]、KELLY[11]研究表明,粘合剂的塑性行为会导致胶接接头有效刚度降低,从而导致混合连接承载能力的增加。

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