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胶接连接特点 4
1.3.3机械连接特点 5
1.3.4缝合连接的特点 5
1.3.5 Z-Pin连接特点 6
1.3.6混合连接特点 6
1.3.7复合材料连接方法选取原则 6
1.3.8连接设计一般要求及特别注意事项 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 8
参考文献 10
2胶接 11
2.1胶接连接概述 11
2.2胶粘剂 11
2.2.1胶粘剂应具有的性能 11
2.2.2常用的胶粘剂类型 12
2.2.3胶接试件制备 14
2.2.4适宜于粘接不同材料的胶粘剂 15
2.2.5环境对胶粘剂性能的影响 15
2.2.6胶层的力学特性 17
2.3胶接连接设计基础 18
2.3.1胶接连接的特点 18
2.3.2胶接连接的分类 19
2.3.3胶接连接的载荷类型 19
2.3.4胶接破坏模式 20
2.3.5胶接基本连接形式及其选择 22
2.3.6搭接长度和弹性槽 26
2.3.7胶接面纤维取向 28
2.4影响复合材料胶接强度的主要因素 29
2.4.1理论基础 29
2.4.2连接形式 29
2.4.3被胶接件的弹性模量和厚度 29
2.4.4被胶接件刚度不等 30
2.4.5胶粘剂韧性 30
2.4.6胶层厚度 31
2.4.7被胶接件热失配 31
2.4.8温度和湿度 32
2.4.9胶接缺陷 33
2.5典型胶接连接构型的应力特性 35
2.5.1概述 35
2.5.2胶层剪应力 35
2.5.3胶层剥离应力 43
2.5.4热应力影响 48
2.6胶接连接基本构型的静强度设计 51
2.6.1单搭接连接 51
2.6.2双搭接连接 56
2.6.3阶梯形搭接连接 63
2.6.4斜面搭接连接 64
2.7胶接结构耐久性设计 72
2.7.1胶粘剂 72
2.7.2被胶接件的表面制备 72
2.7.3工装设计与加工 72
2.7.4密封 72
2.7.5避免产生电化学腐蚀 73
2.7.6注意胶接结构中的热应力 73
2.7.7结构细节设计 73
2.7.8质量控制 75
2.7.9复合材料胶接结构的耐久性试验 76
2.8 π型连接 77
2.8.1 π型连接概述 77
2.8.2 π型连接的构成及其特点 79
2.8.3 π型连接的载荷类型和破坏模式 80
2.8.4 π连接参数影响的试验和分析 81
2.8.5基于可靠性分析的π连接参数影响 87
2.9 T型连接 92
2.9.1 T型连接特点 92
2.9.2基于试验的T-连接构型对强度的影响 92
2.9.3基于分析的凸缘末梢端形状对T-连接刚度和强度的影响 96
2.9.4基于分析的不同T连接构型的比较 97
2.9.5夹层结构胶接和螺接T-连接强度对比 99
2.9.6夹层结构T-连接参数研究 101
2.9.7夹层结构单体式连接 107
2.9.8夹层结构T连接凸缘的概念设计 113
2.10榫-槽连接 116
2.10.1榫-槽（T-G）连接几何构型和特点 116
2.10.2试件材料 117
2.10.3影响榫-槽连接强度的主要参数 117
2.11胶接连接设计原则 120
2.11.1基本原则 120
2.11.2构型选择原则 121
2.11.3阶梯形连接设计原则 121
2.11.4斜面连接设计原则 124
2.11.5降低剥离应力的措施 124
2.11.6胶粘剂选择原则 124
2.11.7表面处理 125
2.11.8湿热环境影响 125
2.11.9检测 125
2.11.10搭接端部胶粘剂形状 125
参考文献 126
3机械连接 129
3.1机械连接概述 129
3.2机械连接设计基础 130
3.2.1机械连接载荷和破坏模式 130
3.2.2机械连接几何参数的定义及选择 132
3.2.3机械连接形式及其选择 133
3.2.4紧固件的选用及对拧紧力矩的要求 134
3.2.5连接区的铺层设计 136
3.2.6影响复合材料机械连接强度的主要因素 137
3.3主承力连接区设计 147
3.3.1主承力连接区的确定 147
3.3.2辅助元件试验 149
3.3.3组合件试验 156
3.3.4验证性试验 160
3.3.5分析方法 163
3.3.6连接区设计一般原则 164
3.4机械连接静力分析 165
3.4.1机械连接静力分析步骤 165
3.4.2机械连接钉载分配分析 166
3.4.3机械连接的理论分析方法 173
3.4.4机械连接的经验方法 179
3.4.5多钉规则排列连接工程计算方法 192
3.5螺栓连接强度 199
3.5.1全碳纤维复合材料单钉连接强度 199
3.5.2全碳纤维复合材料多排钉连接强度 205
3.5.3混杂复合材料螺栓连接强度 213
3.5.4缝合/RFI碳纤维复合材料连接强度 215
3.5.5单钉连接强度校核方法 216
3.5.6多排钉连接强度校核 218
3.5.7连接设计和强度校核举例 218
3.6钉载分配有限元分析结果 223
3.6.1工况说明 223
3.6.2钉载分配 225
3.6.3钉载分配修正系数 230
3.6.4钉排数对钉载分配的影响 235
3.7铆接 236
3.7.1铆接设计一般原则 236
3.7.2铆接强度 237
3.8胶铆（螺）混合连接 240
3.8.1概述 240
3.8.2胶铆（螺）混合连接强度 241
3.8.3新型混合连接构型 242
3.9机械连接疲劳 244
3.9.1疲劳失效准则 244
3.9.2机械连接疲劳的特点和工程设计建议 245
3.9.3机械连接疲劳试验方法 246
3.9.4机械连接疲劳性能及影响参数 249
3.9.5机械连接剩余强度 259
3.10紧固件 259
3.10.1概述 259
3.10.2紧固件选用 260
3.10.3铆钉 262
3.10.4盲紧固件 270
3.10.5环槽铆钉 284
3.10.6复合材料常用螺栓 289
参考文献 293
4复合材料连接有限元分析 297
4.1概述 297
4.2胶接连接有限元分析 297
4.2.1概述 297
4.2.2普通元素 298
4.2.3 NASA弹簧元 299
4.3机械连接有限元分析 303
4.3.1概述 303
4.3.2二维有限元模拟 304
4.3.3间隙元GAP 308
4.3.4 BUSH元 309
4.3.5 BOLJAT全三维方法 316
4.3.6刚体元与梁元组合（GBJM模型） 318
4.3.7 CAI和StressCheck方法 320
4.4 P型元方法和StressCheck软件 324
4.4.1 P型元方法 324
4.4.2 StressCheck软件介绍 325
4.4.3电子版手册示例 328
4.5模拟复合材料分层扩展起始的界面元素 331
4.5.1 VCCT技术 331
4.5.2 Cohesive技术 331
4.5.3 Z-pin增强复合材料的模拟 332
4.6失效准则 332
4.6.1复合材料层压板失效准则 332
4.6.2胶接连接失效准则 337
4.6.3机械连接失效准则 339
4.6.4刚度性质退化规则 340
参考文献 341
5开孔 343
5.1开孔应力集中 343
5.1.1无限大正交各向异性板圆孔的应力集中 343
5.1.2应力集中的板宽修正系数 345
5.2开孔板强度预示 346
5.2.1点应力准则 347
5.2.2平均应力准则 347
5.2.3特征尺寸d0和a0 348
5.2.4破坏准则应用实例 349
参考文献 350
6复合材料元件试验 351
6.1概述 351
6.2层压板力学性能试验 352
6.2.1概述 352
6.2.2拉伸性能试验 353
6.2.3压缩性能试验 356
6.2.4剪切性能试验 369
6.2.5弯曲性能试验 385
6.3开孔和填充孔性能试验 387
6.3.1开孔拉伸性能试验 387
6.3.2开孔压缩性能试验 387
6.3.3填充孔拉伸和压缩性能试验 389
6.4机械连接试验 389
6.4.1挤压强度试验 389
6.4.2拉脱强度试验 396
6.4.3挤压-旁路干涉试验 398
6.4.4受剪切载荷连接试验 400
6.5胶粘剂和胶接连接试验 400
6.5.1概述 400
6.5.2胶粘剂剪切性能试验 403
6.5.3胶粘剂拉伸性能试验 408
6.5.4胶粘剂剥离性能试验 410
6.5.5胶粘剂劈裂性能试验 414
6.6胶粘剂层间断裂韧性试验 417
6.6.1概述 417
6.6.2 Ⅰ型断裂韧性双悬臂梁试验方法 419
6.6.3 Ⅱ型断裂韧性端部缺口弯曲（ENF）试验方法 419
6.6.4混合型断裂韧性 421
6.6.5 Ⅲ型断裂韧性 423
参考文献 423
附录A复合材料力学性能 425
A.1符号 425
A.2国内常见复合材料单向层压板主要性能 425
A.3国外常见复合材料单向层压板主要性能 426
参考文献 426
附录B复合材料力学基础 427
B.1单层应力-应变关系 427
B.2层压板内力-应变关系 429
B.3单层失效准则 431
附录C术语、缩略词、符号 432
C.1名词术语 432
C.2缩略语 444
C.3主要符号说明 446
参考文献 449