分层对复合材料机械连接结构承载能力的影响

陈 国

（德州亚太集团有限公司，山东 德州 253000）

进行研究表明，复合材料如果会被破坏一般开始于沉头孔的直孔区域，并且在预制分层位于直孔区域的时候，结构的承载能力最低。如果分层的形状为圆形或者是正方形的时候会严重影响结构的承载能力。如果当分层的形状变为椭圆形的时候则会对承载能力的影响较低。所以无论是从分层的哪种形式的变化状态的呈现，分层都会总是从收到挤压的一侧开始，以半圆弧的形状向着收到挤压的方向进行缓慢的扩展。

1 复合材料的连接

对于复合材料最重要的方式就是进行连接，连接的最重要以及最关键的方式。首先，应该增强结构的荷载传递。在增强的过程中应该努力使得增强的方式是合理的，要按照实际的情况找到最合理的方式进行解决，并且连接的地方是比较固定的部位，一般都在结构的最薄弱的环节进行连接。复合材料的连接强度会受到许多的因素影响，用普通金属解决连接强度的办法已经没有办法对复合材料强度低的问题进行解决。所以解决分层的问题还是要进行连接，解决连接区域含有许许多多不同的形状结构的问题，这些形状结构会导致局部的应力集中。所以在进行连接的失效模式会比较多，而且预测强度的难度会非常困难。复合材料这些特殊的特点会使得连接强度问题的解决变得非常棘手，特别是发生了分层问题是非常难解决的。在解决问题的过程中，要进行尽可能地重视，对于分层对复合材料机械连接结构承载能力的影响要放在重点的位置进行解决。

2 导致分层的因素

根据对国内外学者的研究进行分析，我们可以探究出来分层的原因是由两类因素组成，曲率构件和变厚度载面。在进行复合材料的加工过程中，常见的曲率构件有扇形体，管状结构，圆柱体结构，球形结构等等。还有一类变厚度载面是工程中常用于薄层板与补强件连接区域，自由边界处等区域。在这些已经列举出来的所有构件中，靠近的两铺层极易在法向和剪切向应力作用下发生脱胶现象和形成比较严重的层间裂纹。由于温室效应、层板制备和服役状态等都是分层产生的原因。由于铺层的种类非常不同，在受到温度变化比较大的恶劣天气的影响下会使得复合材料产生不同程度的分层，在膨胀的程度不同下也会产生不同的压力。在进行人工的层合板制作的过程中由于手工铺设比较缺乏精细的特点，容易产生开裂的现象，在产生了富树脂区的时候会影响树脂在固定铺层的收缩产生差异。这时候层间的粘合性比较差就会使得分层的力度比较大。

3 分层的许多种类

复合材料的分层一般会被分为内部分层、浅表分层。内部分层主要是由层合板的内部铺板构成，在高树脂情形产生的时候，树脂和内部铺层板进行相互的作用就会使得分层的产生，内部分层会破坏复合材料的内部结构。在复合材料由于使用的需要而承受巨大的压力时，会产生比较明显的弯曲，影响最后复合材料的使用效果，以及使用的质量。为了使内部分层产生的概率降低，需要比较平稳地焊接每一层版面，也要防止高树脂情况的产生。在分层产生的开始，整个复合材料的分层还不太严重，但是由于分层后的复合材料之间会进行相互力的作用，会使得分层的弯曲变得越来越严重，偏转的状态也越来越严重，在整体的偏转发生了之后，会严重影响复合材料的机械连接结构的承载能力，承载能力大大下降。浅表分层是位于层合板接近表面的位置产生的分层，如果说内部的分层比较好解决的话，那么浅层分层是非常难解决的，其情况比内部分层复杂得多。分层区域的变形受到厚板的牵制面的变形，对于浅表分层不需要烤炉分层的扩展情况，还需要考虑的是分层的局部特点，需要对稳定性进行探究，解决出浅层分层的稳定性不稳定的问题。

4 分层的危害

在复合材料的应用过程中，由于复合材料的稳固，质量比较坚固的特性，所以先进的复合材料一般运用于武器装备的制造中。在进行审查的过程中，发现了许多质量不合格的产品，并且零件的材料缺陷比较多，并且分层是这些复合材料中可以检查出来最明显的缺陷。分层会大大破坏复合材料的内部结构，使得对于重物的承载能力严重的下降，分层影响产品的使用感受，使得产品的使用质量大大下降，产品的性能也会完全不符合使用合格产品的标准。并且这种复合材料进行融合以后是无法再进行下一步的结构改变的，所以在产生质量问题之后，是无法进行拆装改变结构，弥补缺陷的。

[1]董大龙, 周翔, 汪海,等. 分层对复合材料机械连接结构承载能力的影响[J]. 复合材料学报, 2018, (1):61-69.