碳纤维复合材料螺栓连接强度与承载力优化简述
江苏博实科技：复合材料连接结构的设计较是复合材料应用最主要的环节之一，其连接结构的强度制约着其发展的前景。碳纤维复合材料的连接主要是机械连接和胶接连接。在强度高、载荷大的情况下一般都使用机械连接，作为机械连接的主要方式，螺栓连接便于拆卸，互换性好，应用最为广泛。
为了解更为详细的碳纤维复合材料的机械连接，小编邀请一直致力于碳纤维复合材料的博实碳纤维的戚工，来为大家讲述下碳纤维复合材料的机械连接方式，并对连接形式与承载力能力如何优化做个阐述。
碳纤维复合材料的机械连接在一定的区域内都会有明显的应力集中，这会导致连接结构的失效和损坏，降低其结构的承载能力。同时复合材料的各向异性特点在其制造、加工、装配或使用工程中会产生各种形式和不同尺度的损伤，在持续载荷的情况下，这些损伤会不断积累，最终会导致复合材料连接结构的失效。
碳纤维复合材料螺栓连接的失效形式分为如下几种：拉伸失效、剪切失效、挤压失效、劈裂失效。接头的失效形式在上述的失效形式中拉伸破坏会导致连接结构的突然破坏。主要原因是连接件的宽度不够或在垂直于载荷方向的纤维比例过大，使载荷方向的强度不够。挤压失效一般发生在局部，一般不会造成螺栓连接结构的毁灭性失效。剪切破坏和劈裂破坏是两种低强度破坏模式，剪切破坏是由于边距不够或在载荷方向的纤维比例过大，使垂直于载荷方向的强度不够。劈裂破坏是边距不够或45°方向的纤维过少。
由于碳纤维复合材料层合板孔周应力状态比较复杂，其连接结构还可能发生复合型破坏。复合型破坏由两种或两种以上破坏模式组成，如拉伸-剪切失效、拉伸-挤压失效、挤压-剪切失效的组合破坏失效模式等。
博实工程师通过试验验证了在复合材料螺栓连接中使用凸头螺栓比沉头螺栓的挤压强度强。通过理论分析和试验验证，研究了层合板的尺寸对复合材料螺栓连接挤压的强度影响。在金属材料和复合材料的螺栓连接中钉头形式也对连接性能有很大影响。金属与复合材料连接中，凸头螺栓连接比埋头螺栓连接强度高，承载力强。复合材料沉头螺栓由于支撑能力较弱，容易产生偏移，导致其小于凸头螺栓接头的刚度而且埋头螺栓连接比凸头螺栓连接存在更为明显的应力集中现象。
结果表明：在适当的范围内，不断增加干涉量能够提高碳纤维复合材料螺栓连接的强度，但过大的干涉量，反而会降低其承载力。因此,在进行复合材料螺栓连接结构承载能力优化时必需同时考虑不同参数的影响，才能获得最优结构设计。适而适当的干涉能够使孔边的基体和纤维产生一定量的断裂和破坏，这有助于缓解应力集中，阻止裂纹扩展，从而提高了碳纤维复合材料螺栓连接的强度。
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