玻璃纖維增強鋁合金層板連接孔擠壓性能實驗研究

卓 越， 關志東， 譚日明， 郭 俊

(北京航空航天大學航空科學與工程學院，北京 100191)

纖維金屬層板是由金屬薄板和纖維增強樹脂交替鋪疊而成的先進航空結構材料。荷蘭Delft大學和Fokker公司首先研制出纖維金屬層板，早期的纖維金屬層板是由芳綸纖維和鋁合金制成的Arall層板，在此基礎上采用高強度S－2型玻璃纖維代替芳綸纖維研制出玻璃纖維增強鋁合金層板GLARE［1］。

由于其金屬與纖維樹脂交替鋪疊的特殊結構形式，GLARE層板密度低，疲勞特性好，具備良好抗腐蝕和防火特性。而GLARE層板拉伸強度隨應變速率增大而增加，當其受高速沖擊(如鳥撞)時仍具備良好的抗沖擊特性［2］。另外，GLARE層板具備良好的可設計性，可以通過調整鋪層比例和纖維方向最大程度滿足結構設計性能指標和經濟性要求。基于上述優(yōu)異特性，GLARE層板引起各國飛機設計人員的高度關注，并已成功應用在A380機身蒙皮上，實現(xiàn)減重 800kg［3］。

由于螺栓連接和鉚釘連接處是結構潛在薄弱位置，GLARE層板連接性能研究對結構設計的安全性和高效性具有重要意義。與傳統(tǒng)復合材料類似，纖維金屬層板連接損傷特性受鋪層形式影響較大，因此研究鋪層形式對層板連接特性的影響對纖維金屬層板在飛行器結構設計應用上具有重要作用。

連接性能研究的基礎和關鍵是擠壓性能，外國學者從實驗研究和數(shù)值模擬兩個方面對GLARE層板擠壓性能進行了大量研究。Slagter［4］通過實驗研究GLARE層板擠壓性能，發(fā)現(xiàn)孔邊擠壓區(qū)域的層間正應力導致分層起始，并且分層先于各鋪層屈曲發(fā)生，他認為層板分層達到預定范圍，鋁層將發(fā)生屈曲從而導致連接破壞。……