[发明专利]复合材料构件螺栓连接的装配方法

权利要求书

1.一种复合材料构件螺栓连接的装配方法，包括以下步骤：

步骤一、根据复合材料构件的类型以及螺栓的类型和尺寸，确定装配所需的工艺参数，所述工艺参数包括螺栓预紧力F的预期区间F'＝[F₁,F₂]、螺栓预紧力目标值F_t、扭矩系数k的预期区间k'＝[k₁,k₂]、表面损伤因子f的允许最大值f_max、内部损伤状态s的允许最大值s_max，其中0.8×F₂≤F_t≤0.9×F₂；

同时，确定电动拧紧轴的初始转速n_start和终止转速n_end；

步骤二、将待装配的复合材料构件放在型架上完成定位与夹紧，然后在复合材料构件的预设连接位置进行钻孔；

在连接所需的螺栓末端贴上压电陶瓷片，安装电动拧紧轴，并在电动拧紧轴上安装超声波传感器用于实时测量螺栓预紧力F；

在复合材料构件表面制作散斑，并搭建3D-DIC测量系统用于实时测量复合材料构件的表面应变场，以得到表面损伤因子f；

搭建超声波无损检测装置用于实时测量内部损伤状态s；

步骤三、启动电动拧紧轴拧紧螺栓，并在拧紧过程中始终实时测量得到螺栓预紧力F；在空拧阶段，螺栓预紧力F＝0，此时扭矩系数k＝0，控制电动拧紧轴的转速为n_start；在空拧阶段结束后，当检测到螺栓预紧力F大于0时，暂停拧紧；然后控制电动拧紧轴的转速为n_end后继续拧紧工作，此时，根据电动拧紧轴的实时扭矩T和螺栓的直径d，计算得到实时扭矩系数k＝T/(F·d)；同时，实时检测表面损伤因子f和内部损伤状态s；

根据实时得到的螺栓预紧力F、扭矩系数k、表面损伤因子f和内部损伤状态s，进行如下控制：

1）若螺栓预紧力F达到螺栓预紧力目标值F_t，则复合材料构件的装配过程正常结束；

2）若扭矩系数k超出预期区间k'，其中，当k小于k₁时，则减小电动拧紧轴的转速n和实时扭矩T，当k大于k₂时，则增大电动拧紧轴的转速n和实时扭矩T；

3）若复合材料构件的表面损伤因子f达到允许最大值f_max，则复合材料构件的表面磨损较为严重，终止复合材料构件的装配过程；

4）若复合材料构件的内部损伤状态s达到允许最大值s_max，则复合材料构件的内部损伤较为严重，终止复合材料构件的装配过程。

2.根据权利要求1所述的一种复合材料构件螺栓连接的装配方法，其特征在于：步骤三执行完成后，若复合材料构件的装配过程正常结束，则进入螺栓预紧力的松弛测量阶段，此时超声波传感器持续监测螺栓预紧力的变化，当螺栓预紧力逐渐减小并稳定后，得到螺栓预紧力的变化值ΔF；电动拧紧轴再次扭紧螺栓，当螺栓预紧力F达到(F_t+ΔF)或F₂时，电动拧紧轴停止工作，第二次拧紧结束。