复合材料连接技术

　　复合材料机械连接技术在国内已经研究并使用多年，已大量在复合材料结构中使用普通钛合金组合螺栓和钛合金高锁螺栓等钛紧固件。复合材料为层状结构，其层剪强度低、塑性差、抗冲击力差、开孔后存在较高的应力集中系数，因而造成连接后载荷再分配能力差，使得目前最好的连接接头强度只能达到原层压板强度的一半。在楔形、阶梯型、双面搭接以及单面搭接4种接头形式中，对于楔形和阶梯形接头，由于接头内载荷的传递路线基本不变，因而这两种接头效率最高，而对于双面搭接和单面搭接接头，接头效率则最低。在连接中应解决以下几个问题：

　　（1）连接接头设计

　　通常情况下，应避免使用多排紧固件连接接头，最佳接头设计方案为采用两排紧固件的方式完成接头连接。但是，对于在复合材料结构中使用干涉连接技术时，则可以采用多排紧固件完成接头连接，这是因为干涉连接具有改善钉载分配的能力，可降低外排钉与内排钉承载能力的差值，同时提高内排钉的承载能力。

　　（2）紧固件头形的选用

　　复合材料接头强度对紧固件头部形状非常敏感。选用原则简单表述如下：当主要结构与层压板厚度小于紧固件直径时，宜选用薄头和大直径抗剪型紧固件；当主要结构与层压板厚度大于紧固件直径时，宜选用标准抗拉头型紧固件；对于在关键接头部位，应该考虑使用衬套类紧固件实现干涉配合。

　　（3）拧紧力矩

　　由于复合材料载荷能力分配有限，因而为保证不产生较高的应力集中，并且充分发挥整体许用应变值，则所选用的紧固件均应能够实现可控力矩，如艾迪2型螺栓螺母系统、高锁螺栓/高锁螺母、钛合金环槽铆钉、大底脚钛合金抽钉等，使用可控力矩紧固件可以避免因防松弛连接或拧紧力矩过高而压碎复合材料。

　　（4）制孔精度

　　由于复合材料抗冲击能力较差，为保证复合材料结构安装使用后尽可能降低螺栓杆部对孔壁的冲击损伤，采用间隙连接时需要采用紧公差配合方式，配合精度为H8/h8级，而采用干涉连接时，制孔精度达到保证干涉量为0.5%～1.5%时较理想。

　　（5）连接接头效率

　　对于关键结构部位，为进一步提高接头效率以及接头寿命，需采用衬套类紧固件，如衬套类钛合金高锁螺栓/高锁螺母紧固系统、衬套类钛合金单面螺纹抽钉紧固系统以及衬套类钛合金环槽紧固系统，这些紧固系统均能够实现提高连接接头疲劳寿命的目标。干涉紧固系统不但具有提高接头疲劳寿命的特性，同时可以获得改善钉载分布的效果，研究表明，四排钉采用间隙连接接头形式时，内排钉与外排钉钉载分配比例相差25%，而干涉连接后的差值仅为5%左右。钉载分布能力的改善对提高结构承载能力和提高复合材料的许用应变值具有极大的好处，另外由于干涉连接后，紧固件及衬套与复合材料连接紧密，大大提高了电荷散逸能力，据有关资料介绍，可比间隙连接用导电密封胶提高电荷散逸能力上百倍，同时可以获得明显的密封效果，并且降低了密封胶的使用量。