碳纤维增强复合材料（CFRP）具有轻质高强的特性，可以提升设备整体机械强度，减轻整体质量，延长服役寿命，广泛用于轨道交通、航空航天、汽车 制造、船舶和风力发电等领域。目前，CFRP构件生产主要采用先分块制备再连接装配的方法，连接方式主要有焊接、螺栓连接、铆接、胶接等。其中，铆接属机械连接，是复合材料常用的连接方式。相比其他连接方式，采用铆接的构件间贴合更紧密，连接件外形好、连接强度高、无噪声和震动，且铆接工具机动灵活、简单价廉。但是，铆接易产生应力集中，诱发连接区域的内部损伤。胶接则可以有效缓解应力集中，且胶接工艺简便，胶接头具有良好的密封性、电绝缘性和耐腐蚀性。胶接与 铆接混合的连接方式可以综合两者优势，因此得到了推广。
随着胶铆接的推广应用，其接头的强度及失效行为也成为关注的热点。目前，相关研究多集中于铆接材料、搭接长度和铆钉几何布局对接头力学性能和失效模式的影响，而关于胶铆接装配间隙和垫片材料方面的研究却鲜有报道。由于需要考虑轨道车辆、航空器材等设备的整体结构设计，在实胶铆连接装配过程中不可避免会出现间隙，从而造成应力集中；而且CFRP结构具有各向异性，受力复杂，重新分配载荷能力弱，受力后易分层从而导致整体结构发生破坏。因此，装配间隙对CFRP胶铆接头性能有很大的影响。考虑到车体的整体安全性能， 装配间隙需控制在1.0mm及以内，最常见的装配间隙为0.3，0.5，1.0mm。此外，不同材料垫片的承载能力和与胶铆接头母材的黏结强度不同，也会显著影响接头性能。因此，作者采用不同垫片材料在不同装配间隙下制备CFRP胶铆接头，并进行了单接缝拉力剪切试验，研究了装配间隙和垫片材料对接头拉伸-剪切力学性能和失效模式的影响，以期为深入解析胶铆接头性能演变规律，探究最佳胶铆接组合方式提供参考。
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作者：
叶结和1，张子博2，徐 野1，梁景恒2，郑自芹2，宋鸿宇1
工作单位：
1. 中车青岛四方机车车辆股份有限公司
2. 中国兵器工业第五二研究所烟台分所有限责任公司，
来源：《机械工程材料》2024年6期
