复合材料连接PPT课件

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5.1.1 胶接与机械连接的比较
优点
机 械 连 接 缺点
• 表面无须仔细清理即可获得较大的 连接强度
• 强度分散性小 • 抗剥离能力大 • 易于拆卸 • 开孔须削弱构件截面，且引起应力
集中等 • 接头质量较大 • 成本高
• 可能有电化腐蚀问题
• 永久变形大
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(5-6)
利用式(5-4)(5-5)(5-6)可得接头内力的控制方程：
(5-7)
式中：
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(5-8)
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5.2.1 胶接连接接头的分析
式(5-7)为二阶常微分方程，其一般解为：
(5-9)
(5-10)
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5.2.1 胶接连接接头的分析
由此解得：
(5-11)
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第5章 复合材料连接
§5.1 复合材料连接方式 §5.2 胶接连接 §5.3 机械连接
复合材料连接
复合材料连接，包括复合材料构件之间和复 合材料构件与其它材料构件之间的连接，在 复合材料结构中对结构的安全与可靠性具有 十分重要的作用。由于复合材料强度和刚度 的各向异性，以及复合材料层间强度较低， 延性小等特点，致使复合材料连接部位的设 计与分析要比金属连接复杂。
(f)
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5.2.1 胶接连接接头的分析
为了确保胶接连接安全可靠，避免胶接连接接头的提前破 坏，必须正确分析胶接连接接头的内力与应力。以单面搭接为 例来说明胶接连接接头的内力与应力分析计算。
y
t1
η t2
P
E1
x
o
E2
l/2
u1
P
u2
T1
E1, t1
T1
dT1 dx
dx
τ
τபைடு நூலகம்
T2
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5.1.1 胶接与机械连接的比较 5.1.2 接头效率
§5.1 复合材料连接方式
5.1 复合材料连接方式
复合材料连接方式主要分为两大类：胶接连接与 机械连接。在设计中，采用哪种连接，需要根据具体 使用条件来确定。
胶接连接：受力不大的薄壁结构，尤其是复合材 料结构；
机械连接：连接构件较厚、受力大的结构。
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5.1.2 接头效率
对于复合材料连接设计有质量要求时，往往采用 如下的接头效率表达式：
(5-3)
式中：
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5.2.1 胶接连接接头的分析 5.2.2 胶接连接设计
§5.2 胶接连接
5.2 胶接连接
P
P/2 P/2
P
(c)
P
(e)
(a) (b)
PP PP
P P
P
(d)
P
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5.2.1 胶接连接接头的分析
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这时λ也可简化为：
(5-13)
(5-12)
最大剪应力发生在
处：
(5-14)
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5.2.1 胶接连接接头的分析
则无量纲的剪应力为：
而无量纲化的最大剪应力为：
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(5-15) (5-16)
(5-17)
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5.2.1 胶接连接接头的分析
2) 象胶接一样，复合材料构件与金属构件之间机械 连接同样会产生较大的内应力。
复合材料连接时，应综合考虑各种使用要求，选 择合适的连接方式，发挥其优点，正确处理其缺点。 实践证明，连接设计好的结构，不但可以减轻质量， 而且可以延长结构的使用寿命，满足各种使用要求。
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5.1.2 接头效率
E2, t2
dx
T2
dT2 dx
dx
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5.2.1 胶接连接接头的分析
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5.2.1 胶接连接接头的分析
根据假设1，由微元体的平衡条件可得：
(5-4)
根据假设2和3，胶层的剪切应力-应变关系为：
(5-5)
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5.2.1 胶接连接接头的分析
5.3.1 机械连接接头的分析
步骤： 1. 对结构部件进行内力和变形分析，确定接头
的外载荷； 2. 对接头内力和变形进行分析，给出各紧固件
载荷和作用于每个紧固件孔的旁路载荷； 3. 紧固件的应力分析； 4. 有载孔和无载孔板的应力、应变分析； 5. 接头的破坏分析
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5.1.1 胶接与机械连接的比较
优点
胶
接
缺点
• 不削弱构件截面以及由此引起的应 力集中等
• 连接部位的质量较轻 • 成本低 • 耐腐蚀性好 • 永久变形小 • 胶接表面必须仔细清理 • 强度分散性大，且胶接强度受温湿
环境的影响较大 • 胶接质量的检验较困难 • 多数情况下胶接具有不可拆卸性
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5.2.2 胶接连接设计
3) 制造方法 4) 无损检测 5) 可维修性 6) 成本和质量 7) 试验
① 基本性能试验 ② 设计接头的验证试验 ③ 接头的疲劳寿命试验
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5.2.2 胶接连接设计
B 胶接形式的选择 C 胶接接头几何参数
的选择
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在金属构件受拉剪的机械连接中，用下式表示连 接的接头效率：
(5-1)
式中：
上式表明，接头效率是有连接孔构件能承受的最 大载荷与无孔构件能承受的最大载荷之比。
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5.1.2 接头效率
复合材料连接设计中也采用类似的接头效率作为 衡量接头设计成功与否的重要指标：
(5-2)
式中：
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5.1.1 胶接与机械连接的比较
可见，机械连接过盈的是优指缺在点连正接中好孔与的胶直接径小的于相轴反的，直与径， 金属材料构件之间的此时机孔械与连轴接的相配合比称，为复过合盈配材合料。连过接盈还配 具有如下特点： 合也叫静配合，用于孔、轴间的紧固连接，
1) 由于复合材料易不允产许生两分者层之，间有故相连对接运时动。应尽量避免 过盈配合；
由以上分析可知，接头端部的内力和剪应力最大， 故破坏最容易在这里发生。
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5.2.2 胶接连接设计
A 胶接连接设计应考虑的主要因素
1) 设计原则
① 使胶层在受力方向有足够的强度 ② 尽量减少应力集中 ③ 防止接头端部层合板发生层间拉伸破坏
2) 胶粘剂的选择
① 要有较好的综合力学性能 ② 有较好的粘接强度 ③ 工艺性好，使用方便
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5.2.1 机械连接接头的分析 5.2.2 机械连接设计
§5.3 机械连接
5.3 机械连接 铆钉
一般来说，对于受力大的结构，连接构件较厚， 多采用螺栓或铆接等机械连接，机械连接的主要形式 有搭接和对接两种：
(a)搭接 (b)偏位搭接 (c)变厚度搭接 (d)单盖板对接 (e)双盖板对接 (f)变厚度盖板对接