HB7709-2002飞机复合材料结构机械连接设计要求.pdf 8页

'H日中华人民共和国航空行业标准FL1560MB7709一2002飞机复合材料结构机械连接设计要求Designrequirementsofmechanicallyfastenedjointofcompositestructureforairplane2002一11一20发布2003一02一01实施国防科学技术工业委员会发布 HB7709一2002目次前言········，·····················································，······················································⋯⋯I1范围·············································································································，··⋯⋯12规范性引用文件·······························································.···，··⋯，.....⋯⋯，.........⋯⋯13术语和定义··························，·················································.·.······.......··.··...⋯⋯，.14一般要求····································，·······················································，·，············⋯⋯24.1连接设计特点·································，···················，·············⋯⋯，....·····.....⋯⋯，.⋯24.2连接设计一般要求······················，···································································，⋯⋯24.3许用挤压应力的确定原则········································，···························...............⋯⋯24.4连接防腐要求···················································································.··········...⋯⋯25详细要求························，······················································，····················，⋯⋯，·25.1连接区的铺层设计要求································，·············，，······，·····················.....⋯⋯，二25.2连接形式要求······································································....·········.....⋯⋯，..⋯⋯35.3紧固件的要求·······，··········································································⋯⋯，...⋯⋯，⋯⋯45.4连接区设计要求···············，·，·································，···，··············.........··.............⋯⋯5 HB7709一2002前言本标准由中国航空工业第一集团公司提出。本标准由中国航空综合技术研究所归口。本标准起草单位:中国飞机强度研究所、中国航空综合技术研究所、中国航空工业第601研究所、中国航空工业第611研究所和中国航空工业第603研究所。本标准主要起草人:谢鸣九、何正忠、汪海、陈业标、窦润龙。 11137709一2002飞机复合材料结构机械连接设计要求范围本标准规定了飞机复合材料结构机械连接的设计要求。本标准适用于飞机的各类增强纤维巾寸脂基复合材料结构的机械连接及金属与复合材料结构的机械连接;直升机上类似的复合材料结构的机械连接可参照使用。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注明日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。HB/Z322一1998军用飞机复合材料结构设计指南3术语和定义HI习Z322一1998确立的以及下列术语和定义适用于本标准。3.1机械连接mechanicallyfastenedjoint用机械方法将两个或多个被连接构件连接在一起。3.2破坏载荷failureload连接构件能够承受的最大载荷。3.3挤压载荷bearingload通过紧固件作用于连接构件挤压表面的总载荷。3.4旁路载荷bypassload多排紧固件连接构件中绕过紧固件的载荷。3.5挤压应力bearingstress作用在单位挤压面积上的挤压载荷，等于挤压载荷除以挤压面积，挤压面积为孔径乘以被连接构件的厚度。3.6挤压强度bearingstrength连接构件能够承受的最大挤压应力，等于破坏载荷除以挤压面积。3.7初始挤压失效应力initialfailurebearingstress指载荷一位移曲线上第一个拐点或者某个挤压变形量对应的挤压应力。3.8许用挤压应力allowablebearingstress HB7709一2002设计载荷下允许使用的挤压应力。4一般要求4.1连接设计特点复合材料与金属材料相比，具有各向异性和脆性等特点;因此，机械连接设计应特别注意以下几点:a)多排紧固件连接各钉孔的载荷分配更不均匀，连接破坏时，基本层压板的应变和应力较低;b)连接强度与材料、铺叠方式、连接几何形状参数、载荷方向和环境影响等多种因素密切相关;c)连接的失效模式多且预测强度较困难;d)被连接构件的承载能力不随着端距的增大而成比例增加。4.2连接设计一般要求机械连接设计一般应遵循以下基本原则:a)连接的几何尺寸和铺层设计应满足强度要求，设计载荷下不能超过许用挤压应力;b)尽可能采用双剪连接形式;c)紧固件应承受剪切，避免受拉和弯曲;d)尽可能减轻重量和降低成本;e)满足抗电腐蚀要求;f)考虑使用环境条件的影响和特殊要求。4.3许用挤压应力的确定原则为保证结构的完整性，许用挤压应力的确定应遵循以下原则:a)许用挤压应力一般不应大于初始挤压失效应力。初始挤压失效应力与挤压强度的比值大小与材料体系和铺叠方式有关。一般来说，该比值随士45。层比例的增加而减小。对于符合本标准5.1b)要求的层压板，该比值一般在0.55--0.66之间;b)许用挤压应力还应考虑连接的重要程度、结构特点、载荷种类、耐久性和使用环境等因素的影响。4.4连接防腐要求连接设计应采取以下防腐措施:a)选用材料应匹配，可从根本上防止电腐蚀的发生;与碳纤维肺对月旨基体复合材料匹配的金属是钦合金和不锈钢等;b)从设计上采取措施，防止电解质溶液渗人和积聚;c)对不宜直接接触又必须相连的材料，应采取垫玻璃布、涂胶或涂漆等防腐措施;c)连接中可采用湿装配，即连接时在紧固件上或连接孔中涂胶进行装配，除隔离外还会起到密封作用。5详细要求5.1连接区的铺层设计要求为提高复合材料机械连接的强度和柔性，连接区的铺层设计一般应遵循以下原则:a)采用均衡对称铺层;b)层压板铺层比例一般要求如下:士45。层应不低于40%;0。层应不低于30%;90*层至少为1096;c)相同方向的铺层应尽可能地均匀散开铺叠，如必须连续铺叠时，在同一方向的铺层应避免多于4层;d)对非常薄的层压板连接区应局部加厚，以避免D/t>4(其中，D为孔径，t为板厚)。同时，应遵循一般规则DZt)1，以避免紧固件破坏;e)应避免在连接区拼接纤维。 11B;0s一20025.2连接形式要求5.2.1连接几何尺寸要求机械连接几何尺寸要求如下:a)为防止复合材料机械连接出现低强度破坏模式，被连接件的几何参数一般应按表1选取，几何参数的定义参见图1;b)连接的几何尺寸应考虑修理的需要，即修理时允许采用直径加大一级的紧固件。表1机械连接中几何参数的选取厂百l&GI}i13产石门一石赢LE万丁一ME/A;9一LIA障一下一丽禽辣度一、}(SW/D)(e1D)(Dlt)(mm)一S些))(rID)妻5乡4)2.5多31毛Dlt毛2H毛0.7t寸+打份自一牡++++++图1机械连接几何参数定义5.2.2连接形式的选取原则复合材料机械连接形式的选取应遵循以下原则:a)连接设计宜采用双剪连接形式，尽可能避免采用连接效率较低的不对称单剪连接;b)对于单剪连接形式，宜采用多排紧固件连接，排距应尽可能大些，以使偏心载荷引起的弯曲应力降低到最小。但还应注意到，当用增加层压板局部厚度的方法来增强不对称连接时，随板厚的增加，由偏心导致的附加弯曲应力也随之加大，在相当程度上又抵消了构件厚度增加所起的作用;c)应尽量采用不多于两排紧固件的连接形式，以避免碳纤维树脂基复合材料多排紧固件连接载荷分配的严重不均。钉孔布置应尽可能平行排列;d)应尽可能采用斜削型连接(参见图2),N便改善多排紧固件连接载荷分配的不均匀性，提高连接的承载能力。斜削型连接设计的关键是斜削搭接板厚度和紧固件直径的选取。 HB7709一2002图2斜削型连接5.3紧固件的要求5.3.1紧固件直径的选取原则紧固件直径的选取应遵循以下原则:a)应保证被连接构件有足够的挤压强度;b)应正确考虑紧固件的直径与板厚之比，以保证紧固件具有足够的强度;c)紧固件应有足够的刚度，以便防止由于紧固件的严重弯曲，明显降低层压板的许用挤压应力。5.3.2紧固件的选取原则紧固件的选取应遵循以下原则:a)传载较大的结构连接部位应采用螺栓;应尽可能采用钦合金和不锈钢螺栓;b)在碳纤维复合材料结构中，应避免碳纤维层压板与铝合金(无涂层)、镀锌或镀锅的钢件等直接接触，以防产生电腐蚀。如必须使用时，应加绝缘层和采用钦合金或不锈钢紧固件，并进行湿装配。碳纤维复合材料与不锈钢同时使用时，应采取防腐措施，而钦合金则可直接使用而不需任何防护;c)应尽可能采用受拉型紧固件，因受剪型紧固件端头较小，容易转动，可能引起孔或构件与钉头接触面的损伤;d)对于一般部位，螺栓与孔的配合精度不应低于H9/h9，重要接头应采用更精密的配合。在没有完全掌握干涉配合装配工艺技术时，不得采用干涉配合或过渡配合;e)应优先选用钦合金、纯钦和钦妮等铆钉。应尽量避免使用铝合金及低合金钢铆钉。A286合金和蒙乃尔合金的比强度较低，应少用;f)应优先选用双金属铆钉、拉铆型环槽钉和抽芯铆钉，以避免复合材料板受撞击和孔壁因钉杆的胀粗而受损;铆钉直径一般不应超过4mm，否则不但成型困难，也容易损伤复合材料板;9)在可拆卸的非受力或次受力构件以及某些内部构件上，为降低重量和成本，也可使用少量的铝合金铆钉，但铆接必须湿装配，并采取严格的防电腐蚀措施。5.3.3螺栓拧紧力矩的要求应适当拧紧螺栓，以便提高连接强度。如无特殊规定，螺栓的拧紧力矩一般可按表2选取。宪夕a悴4r紧力矩单位为牛顿米螺母类型所有各型螺纹直径厚型薄型沉头拉伸型、六角型所有各型沉头剪切型2-32-3M53-5M65-83--53-4M810-156一1110-1111一12M1018-2512-19M1225-30 HB7709一20025.4连接区设计要求多排紧固件连接设计应遵循以下原则:a)连接区层压板的纤维铺叠原则是使连接区的承载能力最大;c)应采取变钉径变厚度等措施降低多排紧固件连接中最大承载孔的挤压应力，以便提高其承载能力;应充分考虑到旁路载荷对连接强度的影响;c)应尽量使被连接构件的刚度接近，从而使多排紧固件连接构件中各钉的承载比例更加均匀;d)对于均匀厚度的双剪对接连接，即使对于同样的材料和铺层，上下搭接板的总厚度也应略大于中间蒙皮的总厚度，否则破坏总是发生在搭接板处;e)采用均匀厚度蒙皮和斜削搭接板的连接可以优化螺栓载荷分布，连接效率较高。为了安装螺栓和螺母，在复合材料斜削搭接板上可采用斜垫圈，但不应局部铣出平台;f)可能有面外应力的构件，如“T"’形件和角盒件等，不宜采用复合材料，宜采用金属材料;g)对于较薄的外表面蒙皮结构，在铆钉埋头窝处，可采用安装钦合金或不锈钢衬套等方式，来提高其拉脱强度。'