第四節 層合板接頭連接設計
復合材料接頭是指用復合材料制造的傳遞集中載荷的接頭。復合材料接頭與結構件融為一件，整體成形，可以明顯減輕接頭重量，提高連接效率。采用復合材料接頭比金屬接頭一般可減重達 "以上，而且連接可靠。因而備受關注。
一、復合材料接頭分類
復合材料接頭按其材料和成形工藝，可以分為 %大類。
短纖維模塑接頭短纖維模塑件成形時，同時形成的接頭。模塑工藝可以成形復雜形狀的連接接頭。但是，模塑接頭傳遞的集中載荷不大，僅適用于模塑結構件連接。
"長纖維纏繞接頭長纖維繞在連接螺栓襯套上，形成可承受拉伸載荷的接頭。接頭襯套孔處纖維連續不斷，可以承受很高的沿纖維方向的拉伸載荷，復合材料槳葉接頭是典型代表。
層合板接頭層合件連接部位，局部采用鋪層補強，固化成形后制孔，形成層合板接頭，制造工藝簡便，易操作。層合板接頭與層合件融為一體，可傳遞較大的拉伸、壓縮、剪切載荷，已在復合材料次承力結構件上應用。“空中客車” &" ’ &"(系列飛機上，垂直安定面與機身連接對接接頭、方向舵復合材料懸掛接頭均是復合材料層合板接頭成功應用的典型實例。本節主要討論層合板接頭連接設計有關問題。
預成形件 ’ )*+結構件接頭這種接頭與結構融為一體共同設計，整體制造，工藝簡單，減重明顯，連接可靠，是目前研究開發的方向。
二、層合板接頭設計一般原則
層合板結構選用層合板接頭連接主要考慮接頭與結構件之間鋪層連續，結構與連接件一體成形，既可減少連接的過渡環節，又可實現接頭集中載荷順利擴散的目的，結構連接可靠，連接強度 ’重量比高，明顯減重。
層合板接頭設計，除遵循層合件設計的一般原則外，補充以下幾點原則要求：
接頭連接部位不允許發生屈曲；
"采用限制許用應變 ’許用應力設計。目前，層合板設計許用應變控制在 , "
-, %范圍；孔邊擠壓應力控制在 " -".+/0；接頭耳片剪應力 %極限小于等于
1.+/0； 重要接頭考慮附加安全系數 (, (.或較大的安全裕度； 耳片補強片設計應避免截面突變和剛度突變；
•%."•
連接孔襯套采用鈦合金、不銹鋼等材料，以防電偶腐蝕； "裝配需要，接頭耳片表面應有可供裝配磨水削的容差層（一般為 —"層玻璃布供裝配磨削加工）。
三、層合板接頭（耳片）設計計算
層合板接頭設計計算，在初步設計階段一般采用半經驗公式計算；在詳細設計階段應使用經驗證的有限元分析程序進行計算。（）接頭耳片設計計算的半經驗公式層合板接頭耳片在外力作用下，可能產生 種破壞形式，%% & %分別給出了供設計計算用的半經驗公式如下： 單耳片拉斷，圖 ’( ’（ )），應力計算公式
0*+
*+,-. %/
")* &單耳片拉豁，圖 ’( ’（ 1），應力計算公式
0*+
*+ . %*
"1* ’單耳片剪斷，圖（ ,），應力計算公式
0*+
(*+ .
)12*
12.13 54
式中：0*+ ———單耳接頭集中載荷（對雙耳接頭為外載荷一半）；
)，1，4，*———幾何尺寸的定義見圖 ’( ’；
%/’ —
—耳片拉斷應力系數，查圖 ’( ’（ )）；%* —
—耳片拉豁應力系
數，查圖 ’( ’（1）。（"）連接螺栓設計計算公式層合板接頭連接螺栓按彎曲強度設計。認為在外載荷戶作用下，螺栓發生彎曲，最大彎矩發生在 6" & 5處，見圖 ’( ’"。0
最大彎矩 78)9 . " •1
1 . 6 " 3 6" 5（假設接頭安裝間隙為零）
最大彎曲應力 8)9 . 78)9 :
式中：0———接頭外載荷；
•5;5•
圖 " "%層合板接頭耳片應力系數曲線示圖
（&）單耳片拉斷應力系曲線（ ’）單耳片拉豁應力系數曲線（ (）單耳片剪斷破壞計算公式
（圖中 )*+為單耳片接頭集中載荷；對雙耳片接頭為外載荷的 ,-）
.，.———接頭耳片壁厚； 中國航空網 m.k6050.com 航空翻譯 www.aviation.cn 本文鏈接地址：飛機檢測與維修實用手冊 2(35)
