分層對(duì)復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)承載能力的影響

陳 國(guó)

（德州亞太集團(tuán)有限公司，山東 德州 253000）

進(jìn)行研究表明，復(fù)合材料如果會(huì)被破壞一般開(kāi)始于沉頭孔的直孔區(qū)域，并且在預(yù)制分層位于直孔區(qū)域的時(shí)候，結(jié)構(gòu)的承載能力最低。如果分層的形狀為圓形或者是正方形的時(shí)候會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的承載能力。如果當(dāng)分層的形狀變?yōu)闄E圓形的時(shí)候則會(huì)對(duì)承載能力的影響較低。所以無(wú)論是從分層的哪種形式的變化狀態(tài)的呈現(xiàn)，分層都會(huì)總是從收到擠壓的一側(cè)開(kāi)始，以半圓弧的形狀向著收到擠壓的方向進(jìn)行緩慢的擴(kuò)展。

1 復(fù)合材料的連接

對(duì)于復(fù)合材料最重要的方式就是進(jìn)行連接，連接的最重要以及最關(guān)鍵的方式。首先，應(yīng)該增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的荷載傳遞。在增強(qiáng)的過(guò)程中應(yīng)該努力使得增強(qiáng)的方式是合理的，要按照實(shí)際的情況找到最合理的方式進(jìn)行解決，并且連接的地方是比較固定的部位，一般都在結(jié)構(gòu)的最薄弱的環(huán)節(jié)進(jìn)行連接。復(fù)合材料的連接強(qiáng)度會(huì)受到許多的因素影響，用普通金屬解決連接強(qiáng)度的辦法已經(jīng)沒(méi)有辦法對(duì)復(fù)合材料強(qiáng)度低的問(wèn)題進(jìn)行解決。所以解決分層的問(wèn)題還是要進(jìn)行連接，解決連接區(qū)域含有許許多多不同的形狀結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，這些形狀結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致局部的應(yīng)力集中。所以在進(jìn)行連接的失效模式會(huì)比較多，而且預(yù)測(cè)強(qiáng)度的難度會(huì)非常困難。復(fù)合材料這些特殊的特點(diǎn)會(huì)使得連接強(qiáng)度問(wèn)題的解決變得非常棘手，特別是發(fā)生了分層問(wèn)題是非常難解決的。在解決問(wèn)題的過(guò)程中，要進(jìn)行盡可能地重視，對(duì)于分層對(duì)復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)承載能力的影響要放在重點(diǎn)的位置進(jìn)行解決。

2 導(dǎo)致分層的因素

根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究進(jìn)行分析，我們可以探究出來(lái)分層的原因是由兩類(lèi)因素組成，曲率構(gòu)件和變厚度載面。在進(jìn)行復(fù)合材料的加工過(guò)程中，常見(jiàn)的曲率構(gòu)件有扇形體，管狀結(jié)構(gòu)，圓柱體結(jié)構(gòu)，球形結(jié)構(gòu)等等。還有一類(lèi)變厚度載面是工程中常用于薄層板與補(bǔ)強(qiáng)件連接區(qū)域，自由邊界處等區(qū)域。在這些已經(jīng)列舉出來(lái)的所有構(gòu)件中，靠近的兩鋪層極易在法向和剪切向應(yīng)力作用下發(fā)生脫膠現(xiàn)象和形成比較嚴(yán)重的層間裂紋。由于溫室效應(yīng)、層板制備和服役狀態(tài)等都是分層產(chǎn)生的原因。由于鋪層的種類(lèi)非常不同，在受到溫度變化比較大的惡劣天氣的影響下會(huì)使得復(fù)合材料產(chǎn)生不同程度的分層，在膨脹的程度不同下也會(huì)產(chǎn)生不同的壓力。在進(jìn)行人工的層合板制作的過(guò)程中由于手工鋪設(shè)比較缺乏精細(xì)的特點(diǎn)，容易產(chǎn)生開(kāi)裂的現(xiàn)象，在產(chǎn)生了富樹(shù)脂區(qū)的時(shí)候會(huì)影響樹(shù)脂在固定鋪層的收縮產(chǎn)生差異。這時(shí)候?qū)娱g的粘合性比較差就會(huì)使得分層的力度比較大。

3 分層的許多種類(lèi)

復(fù)合材料的分層一般會(huì)被分為內(nèi)部分層、淺表分層。內(nèi)部分層主要是由層合板的內(nèi)部鋪板構(gòu)成，在高樹(shù)脂情形產(chǎn)生的時(shí)候，樹(shù)脂和內(nèi)部鋪層板進(jìn)行相互的作用就會(huì)使得分層的產(chǎn)生，內(nèi)部分層會(huì)破壞復(fù)合材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在復(fù)合材料由于使用的需要而承受巨大的壓力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生比較明顯的彎曲，影響最后復(fù)合材料的使用效果，以及使用的質(zhì)量。為了使內(nèi)部分層產(chǎn)生的概率降低，需要比較平穩(wěn)地焊接每一層版面，也要防止高樹(shù)脂情況的產(chǎn)生。在分層產(chǎn)生的開(kāi)始，整個(gè)復(fù)合材料的分層還不太嚴(yán)重，但是由于分層后的復(fù)合材料之間會(huì)進(jìn)行相互力的作用，會(huì)使得分層的彎曲變得越來(lái)越嚴(yán)重，偏轉(zhuǎn)的狀態(tài)也越來(lái)越嚴(yán)重，在整體的偏轉(zhuǎn)發(fā)生了之后，會(huì)嚴(yán)重影響復(fù)合材料的機(jī)械連接結(jié)構(gòu)的承載能力，承載能力大大下降。淺表分層是位于層合板接近表面的位置產(chǎn)生的分層，如果說(shuō)內(nèi)部的分層比較好解決的話(huà)，那么淺層分層是非常難解決的，其情況比內(nèi)部分層復(fù)雜得多。分層區(qū)域的變形受到厚板的牽制面的變形，對(duì)于淺表分層不需要烤爐分層的擴(kuò)展情況，還需要考慮的是分層的局部特點(diǎn)，需要對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行探究，解決出淺層分層的穩(wěn)定性不穩(wěn)定的問(wèn)題。

4 分層的危害

在復(fù)合材料的應(yīng)用過(guò)程中，由于復(fù)合材料的穩(wěn)固，質(zhì)量比較堅(jiān)固的特性，所以先進(jìn)的復(fù)合材料一般運(yùn)用于武器裝備的制造中。在進(jìn)行審查的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了許多質(zhì)量不合格的產(chǎn)品，并且零件的材料缺陷比較多，并且分層是這些復(fù)合材料中可以檢查出來(lái)最明顯的缺陷。分層會(huì)大大破壞復(fù)合材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得對(duì)于重物的承載能力嚴(yán)重的下降，分層影響產(chǎn)品的使用感受，使得產(chǎn)品的使用質(zhì)量大大下降，產(chǎn)品的性能也會(huì)完全不符合使用合格產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。并且這種復(fù)合材料進(jìn)行融合以后是無(wú)法再進(jìn)行下一步的結(jié)構(gòu)改變的，所以在產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題之后，是無(wú)法進(jìn)行拆裝改變結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)缺陷的。

[1]董大龍, 周翔, 汪海,等. 分層對(duì)復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)承載能力的影響[J]. 復(fù)合材料學(xué)報(bào), 2018, (1):61-69.