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1复合材料连接概论 1

1.1 复合材料连接设计的必要性和重要性 1

1.2 复合材料与金属的性能比较 2

1.2.1 复合材料与金属的共同点 2

1.2.2 复合材料与金属的不同点 2

1.3 复合材料连接方法及其选择 4

1.3.1 复合材料连接方法 4

1.3.2 各种连接方法的特点 4

1.3.3 连接方法选取原则及注意事项 7

1.4 复合材料连接破坏定义和连接效率 8

1.4.1 复合材料连接破坏定义 8

1.4.2 连接效率 9

参考文献 11

2胶接 12

2.1 胶接连接概述 12

2.2 胶粘剂和胶接试件制备 12

2.2.1 胶粘剂 12

2.2.2 胶接试件的制备 22

2.3 胶接连接设计基础 29

2.3.1 胶接连接的特点 29

2.3.2 胶接连接的类型及其强度比较 29

2.3.3 胶接连接的载荷和破坏模式 35

2.3.4 胶接基本连接形式及其选择 38

2.3.5 影响复合材料胶接强度的主要因素 51

2.4 典型胶接连接构型的应力特性 59

2.4.1 概述 59

2.4.2 胶层剪应力特性 59

2.4.3 胶层剥离应力 67

2.4.4 热应力的影响 74

2.4.5 常见的单搭接连接应力计算模型 78

2.4.6 胶接单搭接连接强度计算方法比较 81

2.5 胶接连接基本构型的静强度设计方法 87

2.5.1 单搭接连接 88

2.5.2 双搭接连接 92

2.5.3 阶梯形搭接连接 100

2.5.4 斜面搭接连接 100

2.5.5 胶接连接强度其他计算方法 109

2.6 复杂面内胶接连接 109

2.6.1 波浪形搭接连接 109

2.6.2 榫-槽连接 114

2.6.3 柱形和管形连接 120

2.7 Pi形连接 121

2.7.1 Pi形连接概述 121

2.7.2 Pi形连接的构成及其特点 123

2.7.3 Pi形连接的载荷类型和破坏模式 125

2.7.4 Pi形连接参数影响的试验和分析研究 126

2.7.5 基于可靠性分析的Pi形连接参数敏感度研究 131

2.7.6 圆角半径和腹板厚度对Pi形连接强度的影响 135

2.8 T形连接 140

2.8.1 T形连接特点 140

2.8.2 实心层压板T形连接 141

2.8.3 夹芯层压板T形连接 152

2.8.4 夹层结构单体式连接 162

2.8.5 T形连接在汽车、船舶和车辆工业中的应用 169

2.8.6 L形连接 179

2.9 胶接结构耐久性设计 179

2.9.1 耐久性设计一般原则 181

2.9.2 结构细节设计 182

2.9.3 复合材料胶接结构的耐久性试验 186

2.10 胶接连接设计原则 187

2.10.1 基本原则 187

2.10.2 构型选择原则 187

2.10.3 阶梯形连接设计原则 188

2.10.4 斜面连接设计原则 190

2.10.5 降低剥离应力的措施 190

2.10.6 胶粘剂选择原则 191

2.10.7 表面处理 191

2.10.8 湿热环境影响 191

2.10.9 检测 192

2.10.10 搭接端部胶粘剂形状 192

参考文献 193

3机械连接 196

3.1 机械连接概述 196

3.2 机械连接设计基础 197

3.2.1 机械连接载荷和破坏模式 197

3.2.2 机械连接几何参数的定义及选择 199

3.2.3 机械连接形式及其选择 200

3.2.4 紧固件的选用及对拧紧力矩的要求 202

3.2.5 连接区的铺层设计 204

3.2.6 影响复合材料机械连接强度的主要因素 204

3.3 主承力连接区设计 215

3.3.1 主承力连接区的确定 215

3.3.2 辅助元件试验 216

3.3.3 组合件试验 224

3.3.4 验证性试验 229

3.3.5 分析方法 231

3.3.6 连接区设计一般原则 232

3.4 机械连接静力分析 234

3.4.1 机械连接静力分析步骤 234

3.4.2 机械连接钉载分配分析 235

3.4.3 机械连接的理论分析方法 243

3.4.4 机械连接的经验方法 249

3.4.5 多钉规则排列连接工程计算方法 263

3.5 螺栓连接强度 269

3.5.1 全碳纤维复合材料单钉连接强度 269

3.5.2 全碳纤维复合材料多排钉连接强度 275

3.5.3 混杂复合材料螺栓连接强度 283

3.5.4 缝合/RFI碳纤维复合材料连接强度 286

3.5.5 单钉连接强度校核方法 287

3.5.6 多排钉连接强度校核 289

3.5.7 连接设计和强度校核举例 290

3.6 钉载分配有限元分析结果 294

3.6.1 计算工况说明 294

3.6.2 钉载分配 296

3.6.3 钉载分配修正系数 299

3.6.4 钉排数对钉载分配的影响 307

3.7 铆接 307

3.7.1 常规铆接 307

3.7.2 无铆钉（clinch）铆接 320

3.7.3 自冲铆接（SPR） 337

3.7.4 金属-聚合物混合结构冲压连接 350

3.8 机械连接疲劳 358

3.8.1 疲劳失效准则 358

3.8.2 机械连接疲劳的特点和工程设计建议 359

3.8.3 机械连接疲劳试验方法 360

3.8.4 机械连接疲劳性能及影响参数 363

3.9 紧固件 374

3.9.1 概述 374

3.9.2 紧固件选用 375

3.9.3 铆钉 378

3.9.4 盲紧固件 386

3.9.5 环槽铆钉 400

3.9.6 复合材料常用螺栓 405

参考文献 410

4共固化缝合连接和共固化z-pin连接 415

4.1 概述 415

4.2 共固化缝合连接 416

4.2.1 缝合技术基础知识 416

4.2.2 缝合参数对面内力学性能的影响 420

4.2.3 共固化缝合单搭接连接性能 427

4.3 共固化z-pin连接 434

4.3.1 z-pin技术基础知识 434

4.3.2 共固化z-pin层压板单搭接连接性能 445

4.3.3 共固化z-pin T形连接性能 453

参考文献 469

5混合连接和混合胶接 471

5.1 概述 471

5.2 常规胶铆和胶螺混合连接 472

5.2.1 薄板胶铆（螺）混合连接 472

5.2.2 单搭接板对接构型胶螺混合连接 473

5.2.3 双搭接构型胶-螺混合连接 476

5.3 阶梯形双搭接板对接构型胶-螺混合连接 478

5.4 复合材料储罐连接耳片的胶-螺混合连接 480

5.5 胶/自冲铆钉混合连接强度 483

5.6 GFRP-铝共固化/螺栓混合连接 486

5.7 附加板混合连接构型 491

5.8 混合胶接 495

5.8.1 混合胶接概念 495

5.8.2 复合材料不同模量胶粘剂的混合胶接 496

5.8.3 金属不同模量胶粘剂的混合胶接 500

5.8.4 高、低温胶粘剂混合胶接强度 503

参考文献 507

6夹层结构连接 509

6.1 夹层结构连接类型 509

6.2 夹层结构连接设计 509

6.2.1 夹层结构连接设计原则 509

6.2.2 夹层结构连接设计 512

6.3 镶嵌件连接 518

6.3.1 镶嵌件连接形式及示例 518

6.3.2 带安装片的盲孔自锁螺母的分析和设计 529

6.3.3 镶嵌设计 535

参考文献 538

7特殊连接和创新连接 539

7.1 PRSEUS连接 539

7.1.1 前言 539

7.1.2 PRSEUS结构设计方案 540

7.1.3 PRSEUS结构研发 542

7.1.4 PRSEUS方案未来的工作和结构要点 553

7.2 连接区Ti-CFRP局部混杂层压板螺栓连接 554

7.2.1 连接区Ti-CFRP局部混杂增强技术 554

7.2.2 连接区Ti-CFRP混杂增强技术论证阶段试验研究 556

7.2.3 Ti-CFRP混杂Ariane 5有效载荷安装接头应用研究 568

7.2.4 连接区Ti-CFRP混杂增强技术研究总结 581

7.3 F/A-18 A-D机翼根部阶梯形胶接接头 582

7.3.1 概述 582

7.3.2 F/A-18阶梯形胶接连接的耐久性和剩余强度研究 584

7.3.3 F/A-18机翼全尺寸试验 593

7.4 汽车复合材料/钢结构的胶/焊混合连接 594

7.4.1 研究背景 594

7.4.2 底盘结构及连接方案 595

7.4.3 试验研究结果 598

7.4.4 有限元分析与试验结果比较 603

7.5 风电叶片连接 606

7.5.1 叶片结构及其连接 606

7.5.2 风电叶片结构Pi预成型件连接 610

7.6 电子束毛化及Comeld连接 618

7.6.1 表面毛化技术 618

7.6.2 Comeld连接 621

7.6.3 表面处理工艺对Comeld连接性能的影响 626

7.6.4 Comeld连接讨论 627

7.7 聚合物-金属混合结构连接 627

7.7.1 摩擦铆接 628

7.7.2 热塑性材料的搅拌摩擦点焊 635

7.7.3 复合材料-金属摩擦点连接技术 636

7.7.4 注塑冲压连接技术 639

参考文献 640

8开孔 643

8.1 各向同性材料含孔板的应力和应力集中 643

8.1.1 各向同性板含圆孔的应力和应力集中 643

8.1.2 各向同性板含椭圆孔的应力和应力集中 646

8.2 各向异性材料含孔板的应力和应力集中 648

8.2.1 各向异性板含圆孔的应力和应力集中 648

8.2.2 正交各向异性板含椭圆孔的应力和应力集中 649

8.3 含孔有限宽板应力集中修正系数 650

8.3.1 各向同性含孔板应力集中修正系数 650

8.3.2 正交异性含孔板应力集中修正系数 651

8.3.3 应为集中板宽修正系数η的功用 652

8.4 开孔板强度预示方法 652

8.4.1 点应力破坏准则 652

8.4.2 平均应力破坏准则 653

8.4.3 特征尺寸d0和a0 653

8.4.4 破坏准则应用实例 654

参考文献 655

附录A 复合材料力学性能 657

A.1 参量的符号和单位 657

A.2 国内常见复合材料单向层压板主要性能 657

A.3 国外常见复合材料单向层压板主要性能 658

参考文献 659

附录B 复合材料力学基础 660

B.1 单层应力-应变关系 660

B.2 层压板内力-应变关系 662

B.3 单层失效准则 664

附录C 术语、缩略词、符号 666

C.1 名词术语 666

C.2 缩略语 678

C.3 主要符号说明 680

参考文献 683

附录D 复合材料力学性能试验标准目录 684

索引 688