复合材料结构中的紧固件应用优化

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：用于复合材料结构上的紧固件必须解决四大问题，电位腐蚀、容易被“卡死”、安装损伤和拉脱强度低。为此，在复合材料结构上，通常采用与之电位相近的钛合金紧固件。因此，在铆接复合材料结构时，应尽量采用压铆，不宜采用锤铆，更不宜用大功率铆枪进行铆接。钛合金环槽钉的环帽为了防止被拉脱也采用了大底脚。特别是对较薄的复合材料结构，采用130°剪切型沉头比100°剪切型沉头所承受的载荷大30%。

用于复合材料结构上的紧固件必须解决四大问题，电位腐蚀、容易被“卡死”、安装损伤和拉脱强度低。

（1）电位腐蚀

普通紧固件材料（如钢、铝合金）与碳/环氧接触有较大电位差，会产生电位腐蚀。为此，在复合材料结构上，通常采用与之电位相近的钛合金紧固件。

（2）卡死

复合材料结构上用的螺纹紧固件经常出现的一个问题是被“卡死”，所谓“卡死”，就是像高锁螺栓这类大扭矩钛合金紧固件的钛螺母和A286 螺母在拧到所要求的预载荷以前便被卡住，再也拧不动了，这是由于钛和A26 黏性大造成的。目前，皆选用不锈钢螺母与高锁螺栓搭配以解决这一问题。(https://www.chuimin.cn)

（3）安装损伤

如前所述，复合材料层间强度低，承受垂直于板面方向的冲击力，容易产生安装损伤，导致结构提前破坏。因此，在铆接复合材料结构时，应尽量采用压铆，不宜采用锤铆，更不宜用大功率铆枪进行铆接。对于一般金属结构常用的干涉配合，也不宜用在复合材料结构上。2025年，美国虎克公司设计生产的干涉配合钛合金环槽钉（其名称为HUCK TITE），可以用在复合材料结构上，使复合材料结构与金属结构一样能采用干涉配合连接显著提高结构使用寿命。

（4）拉脱强度低

机械连接的复合材料接头的拉脱强度低，这是众所周知的。解决这一问题主要可从两方面入手。一是加大底脚。“底脚”的概念是指紧固件安装后的螺母、环帽和钉尾的承载面积。美国莫诺格拉姆公司开发了大底脚抽钉，其钉尾直径和拉脱强度与复合材料用的高锁螺栓相同。钛合金环槽钉的环帽为了防止被拉脱也采用了大底脚。解决拉脱强度低的另一措施是改进沉头形状。特别是对较薄的复合材料结构，采用130°剪切型沉头比100°剪切型沉头所承受的载荷大30%。据报道，意大利飞机公司采用120°剪切型沉头，效果更好。

复合材料结构中的紧固件应用优化

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