裝配預緊力對復合材料連接件疲勞行為的影響

劉學術, 王學堯

（大連理工大學 汽車工程學院，遼寧 大連 116024）

復合材料因比模量大、強度高、抗疲勞耐腐蝕、可設計性強等諸多優越的性能被廣泛應用于航空航天、汽車工業、能源工程、化工等領域，特別在航空航天領域的應用發展更為迅速，復合材料在現代飛機結構上的應用水平已經成為衡量飛機先進性的一個重要指標[1]。與此同時，復合材料的設計與應用也面臨著許多問題和挑戰：一方面在材料的成型、加工與裝配過程中，難免會產生各種缺陷，影響結構的整體性能；另一方面，結構所承受的實際載荷日益復雜，材料在疲勞載荷作用下失效形式也多種多樣，這些都給復合材料的強度分析與壽命預測帶來了很大的困難。分析纖維增強復合材料的疲勞損傷機理與壽命具有重要的實際工程應用價值。隨著時間的推移，復合材料的用量呈現大幅增長趨勢，其應用部位也由一些非承力部件逐漸發展到次承力部件和主承力部件[2]。飛機各部位尤其復雜曲面都由很多零部件組成，這些零部件都需要進行連接，據有關統計， F-22 戰斗機每側機翼需要加工的連接孔數量高達14000 個,機翼表面存在大量的機械連接[3]。為保證結構的可靠性和穩定性，需要將復合材料連接件視為一個整體，在分析材料本身性能的同時，探究緊固件與復合材料板的相互作用對結構性能的影響，從而盡可能地發揮出連接件尤其是接頭處的強度。

影響復合材料連接結構強度以及疲勞性能的因素有很多，從復合材料角度講包括纖維基體的選擇、層合板的鋪層順序以及連接件的幾何尺寸（端徑比和寬徑比）[4-6]等；……