Металлокомпозитное соединение и его механические характеристики

Авторы

Лю Л. , Ши Ц. , Бао Х.

Институт аэронавтики и космонавтики, Шанхайский университет Цзяо Тонг, Шанхай, 200240, Китай

Аннотация

Предложен прикладной метод, который может быть использован для повышения прочности металлокомпозитных соединений.

В таком виде соединений будет определенное количество тонких штифтов, проходящих через подложки в области перекрытия металлокомпозитных клеевых соединений. На поверхности штифтов имеется клей, и таким образом штифты соединяются с подложками.

Штифты, проходящие через соединительные пластины, не только устраняют трещины в адгезивном слое связанных соединений, но и воспринимают некоторую нагрузку между металлическими и композитными компонентами.

Результаты испытаний показывают, что предложенный метод может увеличить прочность и устойчивость к разрушению металлокомпозитных соединений по сравнению с традиционными клеевыми соединениями.

Влияние количества и расположения штифтов на механические характеристики соединения проанализировано в соответствии с результатами испытаний.

И наконец, получен метод оптимизации, применение которого позволит улучшить показатели по нагрузочной способности и изломостойкости соединений.

Ключевые слова:

металлокомпозитное соединение, композиционные материалы, конечно-элементная модель, механические характеристики, металлический штифт

Библиографический список

1. Zimmermann K, Zenkert D, Siemetzki M. Testing and analysis of ultra thick composites // Composites Part B: Engineering. 2010. Vol. 41. No. 4, pp. 326-336. DOI: 10.1016/j.compositesb.2009.12.004

2. Wu F.Q., Yao W.X. A model of the fatigue life distribution of composite laminates based on their static strength distribution // Chinese Journal of Aeronautics. 2008. Vol. 21. No. 3, pp. 241-246. DOI: 10.1016/ S1000-9361(08)60031-X

3. Löbel T, Holzhüter D., Sinapius M, Hühne C. A hybrid bondline concept for bonded composite joints // International Journal of Adhesion and Adhesives. 2016. Vol. 68, pp. 229-238. DOI:10.1016/j.ijadhadh.2016.03.025

4. Yoon T.H., Kim S.J. Refined numerical simulation of three-dimensional riveting in laminated composites // Journal of Aircraft. 2011. Vol. 48. No. 4, pp. 1434-1443. DOI: 10.2514/1.C031311

5. Restivo G, Marannano G., Isaicu G.A. Three­dimensional strain analysis of single-lap bolted joints in thick composites using fibre-optic gauges and the finite-element method // The Journal of Strain Analysis for Engineering Design. 2010. Vol. 45. No. 7, pp. 523-534. DOI: 10.1243/03093247JSA599

6. Sen F, Pakdil M, Sayman O, Benli S. Experimental failure analysis of mechanically fastened joints with clearance in composite laminates under preload // Materials & Design. 2008. Vol. 29. No. 6, pp. 1159-1169.

7. Budhe S, Banea M.D., de Barros S, da Silva L.F.M. An updated review of adhesively bonded joints in composite materials // International Journal of Adhesion and Adhesives. 2017. Vol. 72, pp. 30-42. DOI: 10.1016/j.ijadhadh.2016.10.010

8. Advisory circular 20-107B subject: composite aircraft structure U.S. -Department of Transportation – Federal Aviation Administration (FAA), 2010.

9. AMC 20-29 Annex II to ED Decision 2010/003/R of 19.07.2010.- European Aviation Safety Agency (EASA), 2009.

10. Richard L, Lin K.Y. Analytical and Experimental Studies on Delamination Arrest in Bolted-Bonded Composite Structures // 58th AIAA/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference. 9 - 13 January 2017, Grapevine, Texas, 12 p. DOI: 10.2514/6.2016-1502

11. Richard L.I., Liu W, Lin K. Y. Delamination Arrest by Multiple Fasteners in Bonded Composite Structures // 55th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, National Harbor, Maryland, 2014, 10 p.

12. Action J.E., Engelstad S.P. Crack Arrestment of Pi- Joined Bonded Composites // 55th AIAA/ASME/ ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, National Harbor, Maryland, 2014, 17 p.

13. Huang J, Rapoff A. J, Haftka R.T. Arresting cracks in bone-like composites // 44th AIAA/ASME/ASCE/ AHS Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, Virginia, 2003, 11 p.

14. Kruse T, Korwien T., Heckner S, Geistbeck M. Bonding of CFRP primary aerospace structures–crackstopping in composite bonded jointsunder fatigue // Proceedings of the 20th International Conference on Composite Materials (ICCM/20), Copenhagen, 19-24^th July 2015, pp. 795-808.

15. Sachse R., Picket A.K., Kafi M., Middendorf P. Numerical simulation of fatigue crack growth in the adhesive bondline of hybrid CFRP joints // Proceedings of the conference on the mechanical response of composites (ECCOMAS), Bristol, 2015.

16. Freeman R., Smith F. Comeld: a novel method of composite to metal joining. Advanced Material Process, 2005, vol. 163, no. 4, pp. 33-40.

Скачать статью