陶瓷基复合材料单钉沉头连接结构挤压性能试验

张卓越，余 音

(上海交通大学 航空航天学院 航空航天先进结构与材料实验中心，上海 200240)

0 引 言

陶瓷基复合材料由于其强度高、质量轻、耐高温等优点，在航空航天结构特别是在航空发动机和航天飞行器上具有极大的应用价值[1]。由于复合材料的各向异性和脆性，复合材料连接一直是复杂和困难的问题。通常使用的连接形式有胶接、焊接以及机械连接3类。螺栓连接是机械连接的一种，由于螺栓连接在复杂环境条件下可以传递高载荷，具有易于拆卸维修的优点，是使用最为广泛的连接形式[2]。此外，螺栓连接的接头强度可以通过施加预紧力利用接触面间的摩擦进行控制，以减轻孔边的应力集中，可靠性也更高[3]。而航空航天复合材料结构的某些部件，如蒙皮、凸头连接等存在不满足气动外形对于光滑度的要求，因此常常需要使用沉头连接[4-5]。为了提高陶瓷基复合材料沉头螺栓连接结构的连接效率，需要对陶瓷基复合材料沉头连接结构的挤压性能进行研究。

国内外对陶瓷基复合材料的研究多集中在高温环境下的材料性能试验、本构模型的建立以及性能分析预测等方面。Yan等[6]对二维编织陶瓷基复合材料在20～1 600 ℃内的面内剪切性能进行了试验研究，结果表明当温度低于1 000 ℃时，面内剪切强度随温度的升高而升高；当温度高于1 000 ℃时，面内剪切强度随温度升高而降低。面内剪切的主要失效模式包括基体开裂、内部分层及纤维束的拔出。Li等[7]采用基于应力与能量耦合的有限元方法分析了编织陶瓷基复合材料的多裂纹问题，建立了包括基体、纤维束和孔隙的二维有限元模型，该模型能较好地预测裂纹的萌生与扩展过程。……