复合材料胶接、缝合连接设计研究

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摘 要 在复合材料设计中，复合材料连接设计占有的地位。文章根据复合材料的自身特点，探讨复合材料胶接、缝合连接和混合连接设计的特点、形式。

关键词 复合材料；胶接；缝合连接；混合连接

中图分类号：V22 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）17-0117-01

1 概述

根据复合材料的自身特点及其破坏的机理，存复合材料连接中，胶接、缝合连接、混合连接已被广泛的运用。合理的胶接、缝合连接、混合连接设计，不但能够满足使用要求，减轻结构重量，提高可靠性，还可以延长结构的使用寿命。本文针对复合材料的胶接、缝合连接、混合连接方法进行探讨。

2 胶接连接

胶接连接是借助胶粘剂将复合材料、金属材料零件连接成不可拆卸整体的连接方法。

2.1 胶接连接优点

1）胶接连接受力均衡，接触为面接触，承载能力强，不同于机械连接的点接触。

2）没有钻孔引起的应力集中和分层，连接可靠性好，结构重量轻。

3）胶接连接能获得光滑的气动外形，外形美观。

4）抗疲劳性、密封性、减振性能好。

5）不同材料连接时，有隔离的作用，无电偶腐蚀问题，相容性好。

6）有阻止裂纹扩展的作用。

2.2 胶接连接缺点

1）胶接的质量控制比较困难。

2）胶接强度分散性大，剥离强度低。

3）胶接的工艺要求严格。

4）胶接性能受湿热效应、介质等环境的因素影响大，胶粘剂存在老化的问题。

5）如果需要加温加压就需要专门的设备，成本高。

2.3 胶接连接参数

胶接连接主要参数包括胶接件的厚度t、胶层厚度h、胶接件的搭接长度L等（见图1数值为本文推荐）。

1）胶接件的厚度t。胶接件的厚度由其所传递载荷P的大小确定。

图1 胶接连接的参数 图2 缝合连接的参数

2）胶层厚度h。胶层厚度h对连接强度有很大影响，增加胶层厚度，可减少应力集中，提高连接强度。胶层厚度过厚，会产生胶层厚度偏差、气孔等缺陷；胶层厚度过薄，不能满足连接强度的要求。因此，胶层厚度一般取0.1～0.4 mm。胶接件的搭接长度L。胶接件的搭接长度与胶接件的厚度（载荷p的大小）有关，因此，胶接件的搭接长度应尽可能的大，来满足连接的可靠性要求。胶接件的搭接长度L≥8 mm。

3 缝合连接

缝合连接是借助缝合线将复合材料连接在一起，经过固化使缝合线与复合材料成为不可拆卸的整体的连接方法。

3.1 缝合连接的优点

具有与胶接连接相同的优点之外，缝合连接还具有以下

优点。

1）缝合连接后，自然形成了网格，使复合材料的单位面积大大减少，每个网格将其范围内的复合材料进行了约束，使复合材料连接产生的分层及分层的扩散的问题得以解决；缝合的方法同样也可以用在复合材料结构设计中，来解决飞机复合材料大壁板中的分层及分层的扩散问题。

2）飞机在使用中，受到鸟撞、冰雹等的撞击，产生了冲击损伤；飞机受冲击的部位产生了脱粘、分层、承载能力下降等损伤情况。运用缝合连接技术后，使受冲击产生的损伤，对复合材料整体影响减小，并约束了冲击损伤进一步扩散的可能，从而提高了复合材料抵抗冲击损伤的能力。

3）缝合连接的工艺性好。

3.2 缝合连接缺点

1）缝合连接需要专门的设备。

2）缝合后拆卸困难，维修困难。

3.3 缝合连接参数

缝合连接主要参数包括缝合线号、缝合件厚度t、缝合件的搭接长度L、边距b、排距p、针距w等，（见图2，数值为本文推荐）。

1）缝合线号。缝合线号由行业标准规定，通常使用2号（粗）～24号（细）线。缝合线号由连接处的载荷大小决定。

2）缝合件厚度t。缝合件厚度由其所传递载荷p的大小

确定。

3）缝合厚度t1。缝合的最大厚度由专门的设备决定。

4）缝合件的搭接长度L。搭接长度与缝合件的厚度（载荷p的大小）有关，因此，缝合件的搭接长度应尽可能的大，来满足连接的可靠性要求。缝合件的搭接长度L≥8 mm。

5）边距b。缝合线直径φ

6）排距p。排距p由缝合件的搭接长度来决定，采用均匀排列针距w。针距w由载荷的大小来决定，w≥2.5 mm。

4 混合连接

混合连接是指在同一连接处，运用两种或两种以上的连接，是复合材料中重要部位的主要连接形式，其包括胶铆连接、胶螺连接、胶缝连接等形式。

4.1 混合连接的优缺点

复合材料采用混合连接是从安全破损的角度考虑的，是想得到比只使用一种连接形式更好的连接安全性。复合材料的连接形式各有其优缺点，这些优缺点在混合连接中仍然存在，只是缺点的影响减少了。在胶铆连接中，铆钉一方面阻止和延缓了分层、脱胶等损伤的扩散，提高了抗剥离性、抗冲击性、抗疲劳性；另一方面铆钉制孔，有带来分层、应力集中、腐蚀等不利问题。

4.2 混合连接的破坏模式

混合连接的破坏模式包括单一型和组合型破坏模式，如拉伸破坏、挤压-剪切破坏模式等形式。混合连接破坏模式的产生主要与其连接参数、连接方式、复合材料铺层方式、载荷性质等有关。

5 结束语

复合材料的连接是复合材料设计中的重要环节之一，设计中应充分考虑不同复合材料的独特性能，采用合理的连接形式，来满足使用要求。复合材料连接设计中，在载荷不大的情况下，应多采用胶接、缝合的连接方法；在载荷大的情况下，应多采用胶缝等的混合连接方法；在需要维修、可卸的情况下，应采用机械连接的方法。要充分运用各种连接形式的优点，使其缺点对结构连接的影响最小。

参考文献

[1]宋慧志.飞机腐蚀与防护[J].飞机设计，2006（01）.