（1. 大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，大連 116024；2. 大連理工大學(xué)汽車工程學(xué)院，大連 116024；3. 上海航天設(shè)備制造總廠，上海 200245）

復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)等特性，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，在航空制造領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1-2]。從小尺寸的擾流板、整流罩等非承力構(gòu)件，到尾翼等次承力部件，再到艙段、機(jī)翼等大型主承力結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料已逐步替代鋁鈦合金、高強(qiáng)鋼等傳統(tǒng)金屬材料，成為重要的航空結(jié)構(gòu)材料[3-4]。例如，波音787復(fù)合材料用量已超過結(jié)構(gòu)總質(zhì)量的50%，這標(biāo)志著大型民機(jī)正式邁入復(fù)合材料時(shí)代[5]。

盡管復(fù)合材料成型工藝日趨成熟，各種新技術(shù)的發(fā)展使復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的完整性得到大大的提高，然而考慮成型工藝的限制以及設(shè)計(jì)、工藝、運(yùn)輸、維修等方面的需求[6]，大型復(fù)合材料承力構(gòu)件的制造仍然需要大量的螺栓完成構(gòu)件間的連接裝配[7]。在連接區(qū)，由于制孔破壞了結(jié)構(gòu)的完整性，易引起應(yīng)力集中，是易出現(xiàn)損傷的關(guān)鍵部位，如圖1所示。據(jù)統(tǒng)計(jì)，飛機(jī)75%～80%的疲勞破壞發(fā)生在機(jī)體結(jié)構(gòu)的連接部位[8]。

復(fù)合材料呈現(xiàn)非均勻、各向異性，是一種具有細(xì)觀結(jié)構(gòu)且存在微觀缺陷的材料，其損傷形式多樣、損傷機(jī)理也異常復(fù)雜。復(fù)合材料構(gòu)件工藝過程包括成型、加工和裝配，如圖2所示，其中成型過程可細(xì)分為鋪放和固化，加工過程包括制孔和切邊。由于成型工藝和制孔技術(shù)的制約，構(gòu)件極易出現(xiàn)各種不同尺度的缺陷和誤差，如鋪放過程出現(xiàn)纖維重疊、空缺、褶皺；固化過程中受溫度、壓力、時(shí)間等參數(shù)的影響出現(xiàn)孔隙、夾雜、分層、翹曲變形；制孔過程中出現(xiàn)毛刺、分層、撕裂和加工誤差。這些前期工藝過程產(chǎn)生的缺陷和損傷累積到裝配過程，由于裝配應(yīng)力的作用出現(xiàn)擴(kuò)展，形成“二次損傷”。

復(fù)合材料構(gòu)件成型和制孔過程中不可避免地產(chǎn)生變形和尺寸誤差，在貼合面處形成裝配間隙、連接孔同軸度誤差等問題，導(dǎo)致裝配干涉和應(yīng)力集中，極易誘發(fā)二次損傷[9]。當(dāng)構(gòu)件自動(dòng)化連接裝配時(shí)，若貼合面存在大的隨機(jī)變形，易使多工序鉆鉚連接中工具的位姿偏差和重復(fù)定位誤差難以控制，產(chǎn)生連接孔配合誤差，亦會(huì)引起裝配應(yīng)力和連接二次損傷。連接裝配應(yīng)力和二次損傷可導(dǎo)致飛機(jī)在服役期間無征兆破損，嚴(yán)重影響復(fù)合材料承力構(gòu)件使役性能的可靠性，甚至造成災(zāi)難。

許多學(xué)者針對(duì)分層損傷在受載狀態(tài)下的擴(kuò)展行為和機(jī)理進(jìn)行了深入的研究[10-12]，本文則針對(duì)初始損傷來源和裝配過程開展了更多的分析。本文分析了構(gòu)件成型和制孔過程易產(chǎn)生的缺陷和損傷類型，探討了分層、孔隙、撕裂、毛刺等初始損傷的成因，總結(jié)歸納了裝配過程存在的主要問題及影響要素，揭示了主要影響要素對(duì)裝配應(yīng)力的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，從減少初始損傷和降低裝配應(yīng)力兩個(gè)方面提出了有效的二次損傷抑制策略，為低損傷高質(zhì)量裝配提供理論依據(jù)。

初始損傷分析

1 構(gòu)件成型過程

為了降低復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制造成本，很多新的成型工藝不斷出現(xiàn)，如RTM成型技術(shù)、低溫固化技術(shù)、纖維自動(dòng)鋪放技術(shù)、復(fù)合材料輻射固化技術(shù)、連續(xù)纏繞技術(shù)、熱壓罐-鋪層技術(shù)等[13]。由于難以精確控制成型過程，復(fù)合材料構(gòu)件不可避免地會(huì)產(chǎn)生各類缺陷，如孔隙、分層、褶皺、翹曲變形、貧膠、富脂、脫粘、弱粘、疏松等，如圖3所示。當(dāng)構(gòu)件尺寸大、存在變厚度結(jié)構(gòu)時(shí)，熱壓固化過程中的溫度和壓力等參數(shù)調(diào)控更加困難，更易產(chǎn)生缺陷和損傷。

圖1 飛機(jī)連接區(qū)域結(jié)構(gòu)失效Fig.1 Structure failure at joint connecting area of aeroplane

圖2 復(fù)合材料構(gòu)件工藝流程Fig.2 Technological process of composite component

圖3 復(fù)合材料構(gòu)件成型缺陷Fig.3 Defects induced in preparation of composite component

分層是復(fù)合材料制備過程的主要缺陷類型，在復(fù)合材料構(gòu)件成型過程中分層缺陷甚至可占所有缺陷的55%以上[14]。分層的形成機(jī)理比較復(fù)雜，主要成因包括：（1）構(gòu)件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，例如變厚區(qū)和R角區(qū)，易導(dǎo)致成型過程纖維和溫度分布不均勻，構(gòu)件內(nèi)部形成內(nèi)應(yīng)力，引起分層；（2）構(gòu)件內(nèi)部殘留的氣泡在成型過程中成長(zhǎng)為分層；（3）成型過程中環(huán)境污染及夾雜均會(huì)造成分層[15]。構(gòu)件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，則越容易產(chǎn)生分層缺陷，如“工形”構(gòu)件由于存在拐角區(qū)和填充區(qū)，分層比例高達(dá)11.2%；而構(gòu)形簡(jiǎn)單的層合板分層缺陷可控制在2%以內(nèi)[14]。

孔隙是復(fù)合材料的又一常見成型缺陷。它的存在削弱了復(fù)合材料的承載性能和使役可靠性[16]。由于樹脂的流動(dòng)和纖維的密實(shí)性，易導(dǎo)致排氣不暢，在構(gòu)件內(nèi)形成氣泡，并隨著固化過程而運(yùn)動(dòng)、匯聚、定型，最終形成尺寸在幾微米至幾毫米級(jí)的孔隙[17]。Li等[18]研究發(fā)現(xiàn)，纖維浸潤(rùn)性差、蒸氣分子的滯留及交聯(lián)反應(yīng)時(shí)的分子揮發(fā)是孔隙形成的主要原因。

復(fù)合材料構(gòu)件成型誤差的主要表現(xiàn)為隨機(jī)變形大。隨機(jī)變形過大不僅會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件翹曲回彈現(xiàn)象，影響構(gòu)件的力學(xué)性能和壽命，還會(huì)引起裂紋和分層的產(chǎn)生[19]。引起固化變形的主要原因可分為3類：熱膨脹系數(shù)不均產(chǎn)生的熱變形、樹脂固化收縮過程的化學(xué)變形和模具作用的機(jī)械變形[20]。在固化成型過程中，樹脂發(fā)生交聯(lián)化學(xué)反應(yīng)而釋放大量熱量，并由低模量的黏性流體轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣Ａ康酿椥灾敝翉椥怨腆w，構(gòu)件內(nèi)部易出現(xiàn)溫度場(chǎng)和固化率的不均勻性，導(dǎo)致熱膨脹和固化收縮[21]。

2 構(gòu)件制孔過程

復(fù)合材料是各向異性材料，其脆性大、硬度高、導(dǎo)熱性和層間結(jié)合力差，因而可加工性差，易產(chǎn)生加工缺陷和損傷。復(fù)合材料構(gòu)件制孔缺陷和損傷主要包括分層、撕裂、毛刺、加工尺寸精度誤差及表面粗糙等，如圖4所示。

圖4 復(fù)合材料構(gòu)件制孔缺陷Fig.4 Defects induced in drilling of composite component

分層損傷是影響鉆孔質(zhì)量和材料使用壽命最嚴(yán)重的一類缺陷[22]。引起復(fù)合材料制孔分層的主要原因是鉆削力和鉆削熱綜合作用，其中鉆削力為絕對(duì)主導(dǎo)[23]。在制孔過程中，由于軸向鉆削力的作用，復(fù)合材料構(gòu)件累積內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力達(dá)到或超過材料層間結(jié)合強(qiáng)度時(shí)，層間結(jié)合樹脂破壞形成分層[24]。此外，鉆削熱聚集在工件與刀具接觸部位，而復(fù)合材料的增強(qiáng)體和基體的熱膨脹系數(shù)不同，形成熱應(yīng)力，使工件產(chǎn)生局部應(yīng)變引起分層[25]。鉆削熱只集中在切削刃周圍區(qū)域，作用時(shí)間短，所以對(duì)分層的影響要小得多。

撕裂常出現(xiàn)于孔出口表面鉆頭即將鉆出過程。隨著鉆頭的進(jìn)給切削，工件材料逐漸被切除，待加工材料厚度減小引起強(qiáng)度降低，而鉆頭保持恒定進(jìn)給，導(dǎo)致待加工材料擠出破壞先于切削去除，形成脫離工件基體的材料撕裂[26]。撕裂方向與出口處最外層的纖維方向密切相關(guān)[27]。此外，進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速是影響撕裂的主要切削參數(shù)：隨著進(jìn)給速度的增加，撕裂加大；增大主軸轉(zhuǎn)速對(duì)撕裂產(chǎn)生有抑制作用[28]。

毛刺缺陷是指殘留在孔邊緣部分未完全切斷的表層纖維，通常出現(xiàn)在加工孔的進(jìn)出口處[29]。表層纖維“順向”切削部分容易引起毛刺；而“逆向”切削部分，一般毛刺較少[24]。毛刺的產(chǎn)生主要受切削刃鋒利度的影響[26]。

連接裝配中的二次損傷

1 存在的問題

受成型和制孔工藝的限制，實(shí)際獲得的零件與初始設(shè)計(jì)必然存在一定偏差，這些成型誤差和加工誤差的累積最終影響連接裝配精度和協(xié)調(diào)性，零件數(shù)量越多，累積的誤差就越大，越容易產(chǎn)生不協(xié)調(diào)問題，造成裝配應(yīng)力過大和應(yīng)力集中現(xiàn)象，誘發(fā)二次損傷，進(jìn)而影響裝配質(zhì)量[30]。

根據(jù)工藝階段劃分，影響裝配應(yīng)力分布的因素可以歸納為3個(gè)方面：

（1）構(gòu)件成型質(zhì)量。構(gòu)件在成型過程中，受制備工藝、固化參數(shù)等因素的影響，易出現(xiàn)褶皺、翹曲變形、尺寸誤差等問題，造成裝配過程貼合面間存在間隙，出現(xiàn)裝配尺寸偏差。

（2）連接孔加工質(zhì)量。構(gòu)件在制孔過程中，受到刀具類型、刀具磨損和切削參數(shù)等因素的影響，會(huì)引起連接孔圓度誤差、尺寸精度誤差、垂直度誤差等。

（3）連接孔配合質(zhì)量。包括連接孔與螺栓配合形式、配合間隙和預(yù)緊力大小。此外，若出現(xiàn)連接孔錯(cuò)位，也會(huì)引起裝配應(yīng)力過大。

2 裝配應(yīng)力分析

裝配應(yīng)力是誘發(fā)二次損傷的根本原因。在連接裝配過程中，由于預(yù)緊力的作用，當(dāng)存在裝配問題時(shí)，往往出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，促使初始缺陷和損傷擴(kuò)展，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的承載性能和安全性。因而，應(yīng)針對(duì)以上提及裝配過程存在的問題，探究其對(duì)裝配應(yīng)力的影響規(guī)律，從而為低損傷高質(zhì)量裝配提供理論依據(jù)。

2.1 構(gòu)件成型質(zhì)量

在構(gòu)件成型質(zhì)量方面，裝配間隙對(duì)裝配應(yīng)力的影響最大。在當(dāng)前的實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于制造工藝的限制，大型復(fù)合材料構(gòu)件成型后的隨機(jī)變形很難控制，構(gòu)件隨機(jī)變形引起的裝配間隙是復(fù)合材料構(gòu)件裝配過程中普遍存在的問題，嚴(yán)重者能達(dá)數(shù)毫米，而制件本身的成本又比較高，為了避免廢品的產(chǎn)生，在裝配過程中需要增加填隙補(bǔ)償工藝，從而實(shí)現(xiàn)低應(yīng)力裝配。但目前裝配間隙對(duì)裝配應(yīng)力分布的影響規(guī)律及填隙工藝規(guī)范仍不明晰，因此有必要開展對(duì)相關(guān)規(guī)律的研究，為后續(xù)裝配過程是否需要增加填隙補(bǔ)償工藝提供參考。當(dāng)存在裝配間隙時(shí)，在預(yù)緊載荷作用下，間隙慢慢閉合。在此過程中，連接區(qū)和間隙過渡區(qū)出現(xiàn)應(yīng)力集中，尤其是沿結(jié)構(gòu)厚度方向，易引起初始分層缺陷出現(xiàn)嚴(yán)重?cái)U(kuò)展。本文研究了預(yù)緊作用下裝配間隙對(duì)應(yīng)力分布的影響規(guī)律，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

考慮連接區(qū)的內(nèi)部應(yīng)力分布不易測(cè)量，為了研究裝配間隙對(duì)結(jié)構(gòu)裝配應(yīng)力分布的影響規(guī)律，首先在連接孔表面粘接應(yīng)變片測(cè)量獲得應(yīng)力數(shù)據(jù)，從而驗(yàn)證有限元模型的正確性，之后基于ABAQUS有限元仿真，獲得連接區(qū)域內(nèi)部應(yīng)力分布。通過分析0.5mm和1.0mm兩種裝配間隙在預(yù)緊力作用下連接區(qū)應(yīng)力分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)裝配間隙引起裝配應(yīng)力急劇增大。預(yù)緊力較小時(shí)，層合板最大應(yīng)力隨著預(yù)緊力的增大而急劇增大；預(yù)緊力達(dá)到某一臨界值之后，層合板最大應(yīng)力變化很小，如圖6所示。間隙越大，該臨界值越大。經(jīng)分析，4mm厚的復(fù)合材料構(gòu)件施加8kN預(yù)緊力，當(dāng)裝配間隙為1.0mm時(shí)，連接區(qū)最大應(yīng)力可達(dá)537MPa。

圖5 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)裝配間隙示意圖Fig.5 Illustration of assembling gap in composite structure

圖6 不同間隙狀態(tài)預(yù)緊力對(duì)裝配應(yīng)力的影響Fig.6 Effect of pre-load on assembly-induced-stress with different gaps

2.2 連接孔加工質(zhì)量

連接孔加工質(zhì)量衡量指標(biāo)包括垂直度誤差、圓度誤差、尺寸精度誤差等。經(jīng)分析，垂直度誤差是影響裝配應(yīng)力的主要因素[31]，而圓度誤差和孔徑尺寸誤差對(duì)裝配應(yīng)力影響較小，可忽略。當(dāng)存在垂直度誤差時(shí)，在裝配過程中，預(yù)緊力作用迫使螺栓回正，螺栓與結(jié)構(gòu)最早接觸區(qū)域易出現(xiàn)應(yīng)力集中，引起損傷擴(kuò)展。

通過建立三維有限元模型，分析了Ф 6mm連接孔存在垂直度誤差時(shí)結(jié)構(gòu)連接區(qū)裝配應(yīng)力分布規(guī)律，結(jié)果如圖7所示。研究發(fā)現(xiàn)，最大裝配應(yīng)力出現(xiàn)在孔的邊緣，但在2倍孔徑處裝配應(yīng)力明顯增大，這主要是由于預(yù)緊過程螺栓頭和螺母邊緣部位引起構(gòu)件對(duì)應(yīng)位置的應(yīng)力集中現(xiàn)象。當(dāng)垂直度誤差為1°時(shí)，連接區(qū)最大應(yīng)力超過300MPa。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)連接孔垂直度誤差從0°增加到4°時(shí)，接頭弦剛度增大10%～40%，極限承載強(qiáng)度下降9%～12%[31]。

圖7 垂直度誤差對(duì)裝配應(yīng)力的影響Fig.7 Effect of perpendicularity error on assembly-induced-stress

2.3 連接孔配合質(zhì)量

由于連接孔加工過程中的尺寸精度影響，復(fù)合材料構(gòu)件裝配過程易出現(xiàn)連接孔同軸度誤差，影響連接孔配合質(zhì)量[32]，需要通過人為矯正對(duì)齊之后預(yù)緊裝配。在矯正過程中極易引起連接區(qū)裝配應(yīng)力急劇增大，圖8為錯(cuò)位孔連接過程示意圖。

圖9給出了無間隙裝配時(shí)，連接孔同軸度誤差對(duì)裝配應(yīng)力的影響規(guī)律。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，隨同軸度誤差的增加，裝配應(yīng)力急劇變大。當(dāng)同軸度誤差為0.03mm時(shí)，連接區(qū)最大應(yīng)力可達(dá)443MPa。

二次損傷抑制策略

1 減少初始損傷

在構(gòu)件成型和制孔過程中產(chǎn)生的缺陷和損傷在裝配過程由于裝配應(yīng)力的作用，形成二次損傷，降低了結(jié)構(gòu)的可靠性。提升構(gòu)件成型和加工質(zhì)量，減少初始缺陷和損傷，可有效減少二次損傷的產(chǎn)生。

（1）設(shè)計(jì)合理結(jié)構(gòu)和鋪層。復(fù)合材料構(gòu)件在滿足使用需求的前提下盡量減少突變截面和小曲率結(jié)構(gòu)，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理鋪層，在保證滿足性能需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件膨脹系數(shù)協(xié)調(diào)，可有效降低缺陷的產(chǎn)生。

（2）安排合理成型工藝，設(shè)計(jì)合適模具。輔助預(yù)吸膠工藝可有效實(shí)現(xiàn)材料固化后表面光滑、無皺折[33]。預(yù)成型體與模具之間的尺寸比例應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，尺寸過于接近易導(dǎo)致預(yù)成型體受隔膜架橋影響而出現(xiàn)翹曲等缺陷[34]。蒲永偉等[35]在帽型加筋構(gòu)件制造過程中，設(shè)計(jì)合理芯模結(jié)構(gòu)工藝窗口，達(dá)到均衡維型保壓作用。

（3）選擇合理的纖維/樹脂體系，安排合理的固化參數(shù)。此外，對(duì)樹脂進(jìn)行改性，也能提升工藝性能，減少成型缺陷。通過熱塑性樹脂PEK-C（聚醚酮-酚）改性的環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐高溫性，以及良好的工藝性能[36]。成型溫度和時(shí)間是影響構(gòu)件成型質(zhì)量最主要的兩個(gè)參數(shù)：溫度過低，則預(yù)浸料層間滑移困難；成型時(shí)間過短，則預(yù)浸料容易變形，從而導(dǎo)致拐角處出現(xiàn)纖維褶皺堆積，削弱構(gòu)件的承載性能[37]。成型壓力的增大與加壓點(diǎn)溫度的降低都可以降低孔隙率與孔隙尺寸[38]。

（4）構(gòu)件制孔過程中設(shè)計(jì)合適夾具，進(jìn)行刀具和切削工藝參數(shù)優(yōu)化。采用“以磨代鉆”技術(shù)、螺旋銑削鉆孔、廣義雙頂角鉆頭、鉆-擴(kuò)一體復(fù)合鉆頭均能使鉆孔質(zhì)量有很大的提升[39]。合理安排切削參數(shù)，在構(gòu)件鉆孔部位出口處加墊板和粘貼可剝布或固化膠層，可有效減少分層、撕裂等損傷[40]。

（5）復(fù)合材料下料、鋪放、切割實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和數(shù)字化，減少重復(fù)定位誤差和技術(shù)人員手工操作偶然因素影響[41]。

圖8 錯(cuò)位孔連接過程示意圖Fig.8 Illustration of malposed joint connection

圖9 同軸度誤差對(duì)裝配應(yīng)力的影響Fig.9 Effect of coaxiality error deviation on assembly-induced-stress

圖10 填隙工藝對(duì)結(jié)構(gòu)剛度和裝配應(yīng)力的影響Fig.10 Effect of shimming on structure stiffness and assembly-induced-stress

2 降低裝配應(yīng)力

裝配應(yīng)力是誘發(fā)二次損傷的根本原因，減小裝配應(yīng)力，使裝配應(yīng)力分布均衡，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象，同樣能有效減少二次損傷的誘發(fā)。

（1）采用自動(dòng)化裝配技術(shù)，結(jié)合激光跟蹤儀、CATIA數(shù)字優(yōu)化裝配等多種數(shù)字化手段，實(shí)現(xiàn)裝配過程工藝補(bǔ)償[30]。

（2）優(yōu)化型架等工裝結(jié)構(gòu)和裝配基準(zhǔn)，合理分配裝配工序，減少定位件數(shù)量[42-44]。

（3）復(fù)合材料連接采用干涉連接、在孔內(nèi)注入膠液、連接孔表面加墊片，可有效降低孔壁的應(yīng)力集中并堵塞孔隙，防止分層[45]。若存在多排連接，一般采用并排模式，盡量避免交錯(cuò)排列[25]。

（4）采用特種緊固件，如環(huán)槽釘、高鎖螺栓、單面抽釘、螺紋抽釘?shù)?，具有裝配力小、夾緊力可控、密封等優(yōu)點(diǎn)[6]。

（5）針對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件裝配貼合面存在間隙問題，設(shè)計(jì)合理的填隙補(bǔ)償工藝，有利于減小裝配間隙對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的影響[46]。

通過試驗(yàn)對(duì)比分析了未填隙結(jié)構(gòu)強(qiáng)迫裝配和填隙補(bǔ)償裝配兩種方式的結(jié)構(gòu)剛度和裝配應(yīng)力。當(dāng)裝配間隙為0.5mm時(shí)，經(jīng)過填隙補(bǔ)償，結(jié)構(gòu)剛度提升了1倍，裝配應(yīng)力下降超過15.8%，如圖10所示。這說明相比未填隙結(jié)構(gòu)強(qiáng)迫裝配，經(jīng)過填隙補(bǔ)償可顯著降低裝配應(yīng)力和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度。根據(jù)填隙介質(zhì)材料，填隙工藝一般可分為液體墊片、固體墊片和混合墊片。液體墊片主要由樹脂組成，形狀可控，但強(qiáng)度較低，適用于補(bǔ)償尺寸較小、形狀復(fù)雜的裝配間隙；固體墊片主要是玻璃纖維，其強(qiáng)度高，適用于較大間隙；混合墊片由短切纖維和樹脂混合而成，其強(qiáng)度介于液體墊片和固體墊片之間，既提升了強(qiáng)度，又保留了填隙形狀可控的優(yōu)點(diǎn)，是一種新型填隙方式。

結(jié)論

（1）影響裝配應(yīng)力分布的因素包括：構(gòu)件成型質(zhì)量、連接孔加工質(zhì)量和連接孔配合質(zhì)量。經(jīng)試驗(yàn)與仿真結(jié)合分析，在構(gòu)件成型質(zhì)量方面，裝配間隙對(duì)裝配應(yīng)力的影響最大，當(dāng)裝配間隙為1.0mm時(shí)，連接區(qū)最大應(yīng)力可達(dá)537MPa；垂直度誤差是連接孔加工質(zhì)量方面影響裝配應(yīng)力的主要因素，當(dāng)垂直度誤差為1°時(shí)，連接區(qū)最大應(yīng)力超過300MPa；構(gòu)件配合過程中連接孔同軸度誤差引起裝配應(yīng)力急劇增大，同軸度誤差為0.03mm時(shí)連接區(qū)最大應(yīng)力可達(dá)443MPa。

（2）構(gòu)件成型和制孔過程產(chǎn)生的缺陷是裝配過程二次損傷的來源。設(shè)計(jì)合理結(jié)構(gòu)和鋪層，在滿足使用要求的前提下減少突變截面和小曲率結(jié)構(gòu)，可降低構(gòu)件成型過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，減少缺陷和變形的產(chǎn)生；輔助預(yù)吸膠工藝可有效實(shí)現(xiàn)材料固化后表面光滑、無皺折；合理設(shè)計(jì)模具可使構(gòu)件承壓均勻；應(yīng)對(duì)樹脂進(jìn)行改性處理，增強(qiáng)其工藝性能；適當(dāng)增大成型溫度、延長(zhǎng)成型時(shí)間，可促進(jìn)層間滑移，減少拐角處纖維褶皺堆積；增大成型壓力和降低加壓點(diǎn)溫度可降低孔隙率與孔隙尺寸；采用“以磨代鉆”、螺旋銑削鉆孔等先進(jìn)技術(shù)，并在孔出口位置加墊板和粘貼可剝布或固化膠層，可減少分層、撕裂等缺陷的產(chǎn)生。

（3）裝配應(yīng)力是誘發(fā)二次損傷的條件。通過采用自動(dòng)化裝配技術(shù)，結(jié)合激光跟蹤儀、CATIA數(shù)字優(yōu)化裝配等多種數(shù)字化手段，實(shí)現(xiàn)裝配過程工藝補(bǔ)償；優(yōu)化型架等工裝結(jié)構(gòu)和裝配基準(zhǔn)，合理分配裝配工序，減少定位件數(shù)量；采用干涉連接，在孔內(nèi)注入膠液，連接孔表面加墊片；使用環(huán)槽釘、高鎖螺栓、單面抽釘、螺紋抽釘?shù)忍胤N緊固件；在存在裝配間隙處進(jìn)行填隙補(bǔ)償?shù)?。這些技術(shù)手段可顯著降低裝配應(yīng)力和提升結(jié)構(gòu)剛度，從而減少二次損傷。

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