在探究织造玻璃纤维增强环氧复合材料在不同制造工艺下的承载强度，并引入了一种新型的弹孔复合制造技术作为孔钻工艺的替代方法。

通过比较这两种制造工艺下复合接头的轴承性能，研究人员试图分析它们在不同试样参数下的性能差异。

引入了新型的弹孔复合制造技术，这种方法可以替代传统的孔钻工艺，这种新技术可能采用了一种类似于压制或注塑的方法，将纤维增强环氧复合材料制成所需形状，并在特定位置创建孔洞，与传统的孔钻工艺相比，这种新技术可能具有更好的控制性能，可以更好地适应复合材料的性质。

为了比较新工艺和传统孔钻工艺制造的复合接头的性能，研究人员进行了一系列实验，在这些实验中，他们制备了不同几何参数的试样，包括边缘距离、弹孔直径比（E/D）以及宽度与弹孔直径比（W/D），然后，他们对这些试样进行了承载强度测试，以研究其在受力下的表现。

采用新工艺制造的复合接头相比通过传统孔钻工艺制造的接头能够承受更大的载荷，这表明新工艺可能具有更好的强度性能，可能是由于新工艺能够更好地控制纤维的排列以及材料的成型过程，从而提高了复合材料的整体性能。

几何参数对破坏模式、承载强度和持续载荷的大小具有重要影响，这意味着边缘距离、弹孔直径比（E/D）以及宽度与弹孔直径比（W/D）等参数的选择将直接影响复合接头的性能，通过优化这些参数，可以实现更好的承载性能和更可靠的复合接头。

这项研究通过对织造玻璃纤维增强环氧复合材料的不同制造工艺进行比较，揭示了新型弹孔复合制造技术的潜在优势，并指出了几何参数对复合接头性能的重要性，这些结果为复合材料制造领域的进一步研究和应用提供了有价值的信息。

复合材料接头连接技术的综述与分析

接头被认为是复合材料结构的关键部分，因为它们比其他部分更容易发生故障，这些接头将复合材料层压板连接在一起，有时用作电导体和热导体、绝缘体、密封剂或减振器。

有两种基本的连接技术：粘合剂和机械，这些方法通常独立使用，但也可以组合起来以获得特殊的好处，粘合接头的主要问题是粘合剂和复合树脂之间的相容性，当粘合剂和树脂的化学性质更接近时，就可以实现相容性，该技术需要在粘合前进行表面处理，粘合完成后，应将部件夹紧在一起，直到粘合剂固化。

另一方面，机械连接是通过在要连接的两种材料中钻孔，然后将机械紧固件穿过孔并将紧固件固定到位来完成的，紧固件的类型通常决定固定方法。

例如：螺栓用螺母固定，螺钉通过螺纹与被粘材料的相互作用固定，铆钉通过铆钉本身的头部固定，销钉通过与孔的简单过盈固定，所有这些固定方法都需要钻孔，但钻孔本身会导致复合材料的承载能力降低。

例如，如果在钻孔过程中没有布置适当的背衬，分层是不可避免的，钻孔过程将纤维切割成与孔一致，并且这些纤维在承载方面变得不活跃。

由于接头处的应力集中，它们是失效的主要来源，解决这个问题的方法是通过增加纤维数量来过度构建关节区域，这可以通过使用更多的复合材料、在接合区域添加额外的或更长的纤维、或者通过使用非复合材料例如木条或金属条进行加固来实现，所有这些方法在提高接头强度的同时都会影响复合材料的尺寸稳定性，研究了各种参数对复合材料接头承载强度的影响。

树脂特性对轴承响应的影响

测试了两种不同类型的基于聚合物基体的碳纤维增强塑料层压板，他们得出的结论是，承载强度和失效模式取决于不同聚合物基层压板的“韧性”，研究层压板堆叠顺序、几何形状和初始螺栓孔间隙对承载强度的影响，据报道，螺栓孔间隙应**化，以实现接头的**承载强度。

接头几何形状对轴承强度的影响，据报道，测试样本的几何形状对承载强度有显著影响，研究了间隙和干涉对牵引力作用下的弹夹接头失效方式、失效载荷和承载强度的影响。

结论是，销与孔之间的间隙和干扰对机械紧固接头的破坏载荷有重要影响，间隙或干涉安装不改变失败模式。

拧紧扭矩和垫圈外径对轴承强度的影响，发现这些参数对接头强度有影响，研究了制造方法对单搭接接头剪切强度的影响。

他们使用了四种不同的制造技术：无粘合剂共固化、使用附加粘合剂共固化、二次粘合以及共粘合以粘合碳环氧复合材料。

无粘合剂共固化接头和二次粘合接头比其他接头表现出更高的强度，研究了表面粗糙度等制造参数对粘合铝单搭接接头剪切强度的影响。

研究了五种不同的表面处理方法，重铬酸钠-硫酸蚀刻和磨料抛光可提高接头剪切强度，研究了制造方法对粘合复合材料接头强度的影响，粘合复合材料通过四种不同的制造方法制造。

对于每种方法，都检查了不同的重叠长度、粘附体厚度和铺层图案，二次粘合接头比共粘合和粘合剂共固化接头具有更高的强度，并且与非粘合剂共固化情况相比产生相似的强度。

堆叠顺序的变化也会影响层间应力和失效载荷，研究纤维转向、基质加劲和ZPIN厚度加固对层压纤维增强复合材料轴承性能的影响，纤维转向提高了轴承的承载强度，但其他两种方法没有产生显著效果，铝还利用纤维转向技术来提高轴承的强度。

他们的结论是，复合的螺栓接头在峰值载荷下被加强了169%，在改进的指导模式下，轴承强度被加强了36%。

对两种编织玻璃增强环氧复合材料的承载强度进行了比较，两种复合材料均由真空辅助树脂转移成型VARTM制造，**类孔是按惯例通过钻井程序制造的，在第二种类型中，采用一种新的技术制造了孔，排除了钻井工艺，研究结果表明，该新技术对复合材料的初始峰值载荷和承载强度均有显著改善。

制造和实验程序

本研究所用的复合材料是用平纹E玻璃织物六角力7500与319克/米制成的，重量和0.3毫米厚度，基质材料为125Resin/229硬化剂层压环氧树脂，该复合材料在纽约市理工学院机械工程技术系的材料工程实验室进行加工和机械加工。

制造采用真空辅助树脂传递模塑VARTM，**种类型的孔是通过钻孔制造的，钻孔过程本身会导致复合材料的承载能力有所下降，第二种复合材料的孔是在VARTM过程中制造的，本研究中使用的新技术消除了钻孔过程。

显示了中间有孔的复合材料，钻孔过程以0°和90°与孔重合的方式切割一些光纤，一旦销钉插入孔中并施加载荷，这些纤维就不再承担载荷。

如果将针插入机织物的网之间，这些不活跃的纤维有助于承载，专用金属模具在我们的研究中，设计并制造了带有可移动的别针，干燥的羊毛玻璃织物被堆叠在金属模具上，纤维被操纵在别针周围，在这一安排中，人们确信没有任何纤维被损坏和切割。

然后采用瓦尔特程序对这些织物进行层压，在层压之前，用脱模剂给别针打上蜡，以便在层压板凝固后去除，为了能够防止任何真空袋材料的切割，别针的尖端在瓦尔特工艺之前被覆盖，层压板凝固后，用钳子将别针移除。

为了防止孔内有任何损坏，在移除过程中，别针没有从侧面撞击，取而代之的是，它们是通过绕轴的圆周运动移除的，显示层压前金属模具上的干燥织物，由于本研究考虑了四种不同的直径，因此使用两侧带有可拆卸销的两个模具来制造孔。

力-位移关系

显示复合材料的力-移关系，其W/D比分别为4.23、3.39、2.82和2.37。尽管为清晰起见，测试了每一个W/D比率的四个E/D比率，但在每个数字中只比较了两个E/D比率。

用新技术制造的复合接头的力位移关系比钻井制造的接头承受更多的张力载荷，对4.23的W/D比率而言，最初部分的斜率几乎相同，对5.3的E/D比率而言略有不同，对4.23的E/D比率而言。

该新技术使两种E/D比的初始峰值荷载和最终荷载均有增加，显示了w/d比为3.39的复合材料的力-位移关系，由于新技术，承载力的增加更加显着，虽然初始斜率几乎相同，但在初始峰值载荷和极限载荷上观察到显着差异。

显示了w/d比为2.82、2.37的复合材料的力-位移关系，在这两个结果中，新技术引起了较小的初始坡度差异以及初始峰值和极限载荷的增加。

在开始的线性增加之后，通常会观察到力量置换史的下降，这些滴滴是复合材料中的**个损伤启动，一旦最初的峰值力的大小和引起**次下降的位移被知道，复合材料只能装到这个水平。

在一些敏感的应用中，在不造成**变形的情况下停留在弹性区域可能是必要的，初始峰值力可被认为是压线复合材料的重要设计参数，本研究采用的新技术对初始峰值荷载有了显著的改善。

显示初始峰值负载的比较，对于所有几何形状，新技术显着改善了初始峰值负载，w/d比率为4.23、3.39、2.82和2.37时，平均增幅分别为32%、42%、39%和35%，由于不同的e/d比，还观察到初始峰值负载增加时的微小变化。

松形荷载复合材料的承载力定义为：σb=P/Dt如解释P、D及T分别为试样的拉伸载荷、孔径及厚度，在一些研究中，作为一种替代设计参数，轴承强度也被计算为孔直径4%变形时的应力显示所有几何形状的轴承强度比较，这项新技术使所有测试几何形状的承载强度显着增加，当w/d比为4.23、3.39、2.82和2.37时，平均承载强度分别增加12%、25%、28%和24%。

故障模式

当机械接头暴露于拉伸载荷时，观察到四种类型的破坏模式，分裂，轴承，剪切，网张力，这四种失败类型的组合也是可能的，对于4.23和3.39的W/D比率，具有制成孔的复合材料显示了所有E/D比率的轴承失效模式。

另一方面，具有钻孔的复合材料造成了所有E/D比率的轴承失效模式，但12.12和1.69除外。这些E/D比率导致切出故障模式。

对于2.80和2.37的w/d比，所有带有加工孔的复合材料都表现出净张力破坏模式，在带钻孔的复合材料上观察了净张力、轴承和组合失效模式，带有人造孔的复合材料没有表现出剪切和组合失效模式。

这可以用以下事实来解释：在本研究中使用的新技术增加了负载方向上的承载纤维的数量，剪切破坏的发生变得更加困难，在带钻孔的复合材料上观察到的组合失效模式是剪切失效和净张力失效的组合，由于在带有制造孔的复合材料上没有观察到剪切破坏，因此也没有观察到组合破坏模式。

结论

提出了一种新的制造工艺，作为复合接头孔钻工艺的替代方法，比较了经钻孔和制成孔复合材料的承载性能。

新技术使初始峰值载荷和承载强度分别提高了32-42%和12-28%，在制造孔复合材料上没有观察到剪切和组合失效模式，一种新技术对各种几何形状的复合材料的承载力有了很大的提高，几何参数有效地改变了这些改进的水平。

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