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1复合材料连接概论1

1.1复合材料连接设计的必要性和重要性1

1.2复合材料与金属的性能比较2

1.2.1复合材料与金属的共同点2

1.2.2复合材料与金属的不同点2

1.3复合材料连接方法及其选择4

1.3.1复合材料连接方法4

1.3.2胶接连接特点4

1.3.3机械连接特点5

1.3.4缝合连接的特点5

1.3.5 Z-Pin连接特点6

1.3.6混合连接特点6

1.3.7复合材料连接方法选取原则6

1.3.8连接设计一般要求及特别注意事项7

1.4复合材料连接破坏定义和连接效率8

1.4.1复合材料连接破坏定义8

1.4.2连接效率8

参考文献10

2胶接11

2.1胶接连接概述11

2.2胶粘剂11

2.2.1胶粘剂应具有的性能11

2.2.2常用的胶粘剂类型12

2.2.3胶接试件制备14

2.2.4适宜于粘接不同材料的胶粘剂15

2.2.5环境对胶粘剂性能的影响15

2.2.6胶层的力学特性17

2.3胶接连接设计基础18

2.3.1胶接连接的特点18

2.3.2胶接连接的分类19

2.3.3胶接连接的载荷类型19

2.3.4胶接破坏模式20

2.3.5胶接基本连接形式及其选择22

2.3.6搭接长度和弹性槽26

2.3.7胶接面纤维取向28

2.4影响复合材料胶接强度的主要因素29

2.4.1理论基础29

2.4.2连接形式29

2.4.3被胶接件的弹性模量和厚度29

2.4.4被胶接件刚度不等30

2.4.5胶粘剂韧性30

2.4.6胶层厚度31

2.4.7被胶接件热失配31

2.4.8温度和湿度32

2.4.9胶接缺陷33

2.5典型胶接连接构型的应力特性35

2.5.1概述35

2.5.2胶层剪应力35

2.5.3胶层剥离应力43

2.5.4热应力影响48

2.6胶接连接基本构型的静强度设计51

2.6.1单搭接连接51

2.6.2双搭接连接56

2.6.3阶梯形搭接连接63

2.6.4斜面搭接连接64

2.7胶接结构耐久性设计72

2.7.1胶粘剂72

2.7.2被胶接件的表面制备72

2.7.3工装设计与加工72

2.7.4密封72

2.7.5避免产生电化学腐蚀73

2.7.6注意胶接结构中的热应力73

2.7.7结构细节设计73

2.7.8质量控制75

2.7.9复合材料胶接结构的耐久性试验76

2.8 π型连接77

2.8.1 π型连接概述77

2.8.2 π型连接的构成及其特点79

2.8.3 π型连接的载荷类型和破坏模式80

2.8.4 π连接参数影响的试验和分析81

2.8.5基于可靠性分析的π连接参数影响87

2.9 T型连接92

2.9.1 T型连接特点92

2.9.2基于试验的T-连接构型对强度的影响92

2.9.3基于分析的凸缘末梢端形状对T-连接刚度和强度的影响96

2.9.4基于分析的不同T连接构型的比较97

2.9.5夹层结构胶接和螺接T-连接强度对比99

2.9.6夹层结构T-连接参数研究101

2.9.7夹层结构单体式连接107

2.9.8夹层结构T连接凸缘的概念设计113

2.10榫-槽连接116

2.10.1榫-槽（T-G）连接几何构型和特点116

2.10.2试件材料117

2.10.3影响榫-槽连接强度的主要参数117

2.11胶接连接设计原则120

2.11.1基本原则120

2.11.2构型选择原则121

2.11.3阶梯形连接设计原则121

2.11.4斜面连接设计原则124

2.11.5降低剥离应力的措施124

2.11.6胶粘剂选择原则124

2.11.7表面处理125

2.11.8湿热环境影响125

2.11.9检测125

2.11.10搭接端部胶粘剂形状125

参考文献126

3机械连接129

3.1机械连接概述129

3.2机械连接设计基础130

3.2.1机械连接载荷和破坏模式130

3.2.2机械连接几何参数的定义及选择132

3.2.3机械连接形式及其选择133

3.2.4紧固件的选用及对拧紧力矩的要求134

3.2.5连接区的铺层设计136

3.2.6影响复合材料机械连接强度的主要因素137

3.3主承力连接区设计147

3.3.1主承力连接区的确定147

3.3.2辅助元件试验149

3.3.3组合件试验156

3.3.4验证性试验160

3.3.5分析方法163

3.3.6连接区设计一般原则164

3.4机械连接静力分析165

3.4.1机械连接静力分析步骤165

3.4.2机械连接钉载分配分析166

3.4.3机械连接的理论分析方法173

3.4.4机械连接的经验方法179

3.4.5多钉规则排列连接工程计算方法192

3.5螺栓连接强度199

3.5.1全碳纤维复合材料单钉连接强度199

3.5.2全碳纤维复合材料多排钉连接强度205

3.5.3混杂复合材料螺栓连接强度213

3.5.4缝合/RFI碳纤维复合材料连接强度215

3.5.5单钉连接强度校核方法216

3.5.6多排钉连接强度校核218

3.5.7连接设计和强度校核举例218

3.6钉载分配有限元分析结果223

3.6.1工况说明223

3.6.2钉载分配225

3.6.3钉载分配修正系数230

3.6.4钉排数对钉载分配的影响235

3.7铆接236

3.7.1铆接设计一般原则236

3.7.2铆接强度237

3.8胶铆（螺）混合连接240

3.8.1概述240

3.8.2胶铆（螺）混合连接强度241

3.8.3新型混合连接构型242

3.9机械连接疲劳244

3.9.1疲劳失效准则244

3.9.2机械连接疲劳的特点和工程设计建议245

3.9.3机械连接疲劳试验方法246

3.9.4机械连接疲劳性能及影响参数249

3.9.5机械连接剩余强度259

3.10紧固件259

3.10.1概述259

3.10.2紧固件选用260

3.10.3铆钉262

3.10.4盲紧固件270

3.10.5环槽铆钉284

3.10.6复合材料常用螺栓289

参考文献293

4复合材料连接有限元分析297

4.1概述297

4.2胶接连接有限元分析297

4.2.1概述297

4.2.2普通元素298

4.2.3 NASA弹簧元299

4.3机械连接有限元分析303

4.3.1概述303

4.3.2二维有限元模拟304

4.3.3间隙元GAP308

4.3.4 BUSH元309

4.3.5 BOLJAT全三维方法316

4.3.6刚体元与梁元组合（GBJM模型）318

4.3.7 CAI和StressCheck方法320

4.4 P型元方法和StressCheck软件324

4.4.1 P型元方法324

4.4.2 StressCheck软件介绍325

4.4.3电子版手册示例328

4.5模拟复合材料分层扩展起始的界面元素331

4.5.1 VCCT技术331

4.5.2 Cohesive技术331

4.5.3 Z-pin增强复合材料的模拟332

4.6失效准则332

4.6.1复合材料层压板失效准则332

4.6.2胶接连接失效准则337

4.6.3机械连接失效准则339

4.6.4刚度性质退化规则340

参考文献341

5开孔343

5.1开孔应力集中343

5.1.1无限大正交各向异性板圆孔的应力集中343

5.1.2应力集中的板宽修正系数345

5.2开孔板强度预示346

5.2.1点应力准则347

5.2.2平均应力准则347

5.2.3特征尺寸d0和a0348

5.2.4破坏准则应用实例349

参考文献350

6复合材料元件试验351

6.1概述351

6.2层压板力学性能试验352

6.2.1概述352

6.2.2拉伸性能试验353

6.2.3压缩性能试验356

6.2.4剪切性能试验369

6.2.5弯曲性能试验385

6.3开孔和填充孔性能试验387

6.3.1开孔拉伸性能试验387

6.3.2开孔压缩性能试验387

6.3.3填充孔拉伸和压缩性能试验389

6.4机械连接试验389

6.4.1挤压强度试验389

6.4.2拉脱强度试验396

6.4.3挤压-旁路干涉试验398

6.4.4受剪切载荷连接试验400

6.5胶粘剂和胶接连接试验400

6.5.1概述400

6.5.2胶粘剂剪切性能试验403

6.5.3胶粘剂拉伸性能试验408

6.5.4胶粘剂剥离性能试验410

6.5.5胶粘剂劈裂性能试验414

6.6胶粘剂层间断裂韧性试验417

6.6.1概述417

6.6.2 Ⅰ型断裂韧性双悬臂梁试验方法419

6.6.3 Ⅱ型断裂韧性端部缺口弯曲（ENF）试验方法419

6.6.4混合型断裂韧性421

6.6.5 Ⅲ型断裂韧性423

参考文献423

附录A复合材料力学性能425

A.1符号425

A.2国内常见复合材料单向层压板主要性能425

A.3国外常见复合材料单向层压板主要性能426

参考文献426

附录B复合材料力学基础427

B.1单层应力-应变关系427

B.2层压板内力-应变关系429

B.3单层失效准则431

附录C术语、缩略词、符号432

C.1名词术语432

C.2缩略语444

C.3主要符号说明446

参考文献449