[发明专利]复合材料构件螺栓连接的装配方法

说明书

本发明涉及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；步骤二、将待装配的复合材料构件在型架上完成定位与夹紧，然后在预设连接位置进行钻孔，并安装各种检测设备；步骤三、启动电动拧紧轴拧紧螺栓，并在螺栓拧紧过程中始终实时测量各种工艺参数，根据工艺参数控制装配过程。本发明可以提高复合材料构件螺栓连接时的装配质量，并避免复合材料构件装配时出现损伤。

技术领域

本发明涉及一种复合材料构件螺栓连接的装配方法，属于复合材料装配技术领域。

背景技术

复合材料凭借其优异的力学性能，在飞机结构中得到了广泛的应用。相比于金属材料，复合材料的比强度和比模量较高，抗疲劳性能与破损安全性较好。因此复合材料在各型飞机中的使用比例越来越高(例如：波音B787机型的复合材料用量达到50％，空客A350机型中复合材料用量达到52％)，复合材料的使用比例已成为衡量飞机先进性的重要标志之一。

复合材料构件装配时，大多采用螺栓连接。相比于铆接、胶结等连接方法，螺栓连接质量更为稳定可靠，可以承受更大的载荷，装配质量易于检查，且便于重复拆装。因此螺栓连接大量用于复合材料结构的装配，尤其是承受较大载荷的关键区域和重要接头。螺栓连接件在装配时，通常有手动拧紧螺栓和电动拧紧轴安装螺栓两种操作模式。但是，由于手动拧紧螺栓的工艺分散性大，生产效率较低，因此装配时更多使用电动拧紧轴安装螺栓。电动拧紧轴可以精确控制扭矩T，转速n和转角θ，向螺栓中输入扭矩后即获得一定大小的预紧力，实现装配结构的可靠连接，而预紧力是衡量螺栓连接质量的重要参数之一。

传统的螺栓连接过程中，通常通过监测拧紧扭矩的大小判断螺栓连接的合格与否，即达到一定扭矩就认为合格。但在复合材料构件连接时，这一方法暴露出较大的不足。复合材料为各向异性材料，层间强度较低，材料脆性较大，螺栓连接时由于工艺参数设置不当常会产生局部损伤或装配应力过大的情况，削弱结构承载能力，而此时的扭矩可能还处在合格的范围内，容易造成对装配质量的错误判断。当拧紧完成后由于接触面微小凸起的嵌入、密封材料的蠕变现象，还会在短时间内造成因此预紧力的松弛。因此，在装配过程中，需要针对复合材料构件螺栓连接过程进行监测与控制。

发明内容

本发明要解决技术问题是：提出一种可以提高复合材料构件螺栓连接时的装配质量、避免复合材料构件装配时产生损伤的装配方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：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连接件在型架上完成定位与夹紧，然后在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的螺栓预紧力F；