航空航天结构材料-聚合物基复合材料的使用、设计与分析概论：4.1-4.2结构形式与连接技术.pdf

第四章 复合材料结构形式与应用设计 李 敏  4.1 复合材料结构形式  4.2 连接技术  4.3 损伤特性与耐久性  4.4 复合材料的再循环 4.1 复合材料结构形式 夹层结构 格栅结构 翼梁（墙）结构 正弦波腹板梁 翼肋和隔框 复合材料结构形式 边缘闭合结构 复合材料结构形式 边缘闭合结构 复合材料结构形式 芯子增强与密封 复合材料结构形式 复合材料结构形式 复合材料结构形式 格栅结构形式 格栅结构形式  格栅结构可根据上翼面从翼尖到翼根压缩载荷逐步增 大的特点进行结构优化设计，提高结构效率。  格栅结构对局部初始缺陷的敏感性小，一般不会发生 层合板常见的微裂纹和分层现象。  等角形结构单元为几何不变的超静定结构，生存力强， 开口补强简单易行。  易实现制造过程的机械化和自动化，降低成本。 格栅结构形式 格栅结构形式 格栅结构形式 主要问题：  与蒙皮的刚度匹配，保证光滑的外形  与蒙皮有足够的结合强度，以提高承载能力和减少维修  处理好格形骨架端部纤维的连续和终止问题  格栅之间的连接和拼接困难  质量检测盒监控困难，缺乏维修经验 格栅结构在航天上得到大量应用，但在航空飞行器 上设计使用经验有限，正在建立相关规范 格栅结构形式  帽形立交/平交格栅壁板主要用于机身、 舱门等结构 翼梁（墙）结构  翼梁（墙）受力形式为凸缘承受由弯矩引起 的轴向力，腹板承剪和传递垂直于翼面的气 动载荷 翼梁（墙）结构 翼梁（墙）结构 翼梁（墙）结构 翼梁（墙）结构 翼梁（墙）结构 翼肋和隔框结构  翼肋是机翼的横向承载或维形结构件  分为普通翼肋（维形）和加强翼肋两种  加强翼肋：承受平面内集中载荷，并转化为分散载荷， 传给平、蒙皮、翼梁和纵墙的腹板 翼肋和隔框结构 翼肋和隔框结构 翼肋和隔框结构 翼肋和隔框结构 复合材料结构形式与应用设计 4.2 连接技术 概述  连接通常出现在复合材料主要部件与金属部件 或零件的过渡区域。 胶接连接 连接方式 机械连接 两者兼具  原则上，胶接连接比机械连接的结构更为有效， 但在许多情况下机械连接不可避免。 概述 特点 胶接连接具有更好的条件降低应力集中，但往往缺 少结构余度和对制造缺陷高度敏感，包括胶接的贫胶、 表面粗糙部分的不良配合以及胶粘剂对温度和环境的影 响。 机械连接可拆卸，但材料利用率低，紧固件附近的 大部分区域材料几乎是不受载的，必须靠高应力区域来 补偿以达到特定所需的平均载荷。 概述 F-18飞机复合材料结构螺栓连接 F-18飞机复合材料结构 螺栓连接 AV-8B飞机复合材料机翼螺栓连接 AV-8B飞机复合材料机翼螺栓连接 机械连接 机械连接 类型： 按照紧固件有4种：销钉、螺钉、铆钉和螺栓 机械连接形式主要有：搭接和对接两类 按照受力分单剪和双剪两种 机械连接 机械连接  机械连接有5种破坏模式：拉伸破坏、剪切破坏、挤 压破坏、劈裂破坏和拉脱破坏。  前3种与金属材料一样，是基本破坏模式；后2种对复 合材料连接易出现。  通常情况下，5种破坏模式组合发生  5种模式中，挤压破坏为局部破坏，承载能力最好， 因此设计人员力求将连接结构设计成仅发生挤压破坏 或以挤压破坏为主的组合破坏模式 机