温度载荷作用下复合材料-铝合金混合连接接头热变形行为研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20260328.005

复合材料科学与工程 ›› 2026, Vol. 0 ›› Issue (3): 38-48.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20260328.005

温度载荷作用下复合材料-铝合金混合连接接头热变形行为研究

杨晓¹, 贺娜^2,3, 朱强¹, 倪智翔², 刘翀¹, 陈振毅², 邵泽恺², 蔡伟^2*, 胡海晓^3,4, 曹东风²

1.中国特种飞行器研究所,荆门 448035;
2.武汉理工大学材料复合材料新技术国家重点实验室,武汉 430070;
3.武汉理工大学物理与力学学院,武汉 430070;
4.先进能源科学与技术广东省实验室佛山分中心(佛山仙湖实验室),佛山 528000

收稿日期:2025-01-20 出版日期:2026-03-28 发布日期:2026-04-22
通讯作者: 蔡伟(1996—),男,博士,副研究员,主要从事先进复合材料结构力学方面的研究,caiwei199696@whut.edu.cn。
作者简介:杨晓(1993—),男,工程师,主要从事飞机强度分析方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金 (52273080)

Study on thermal deformation behavior of composite-aluminum alloy hybrid bolt joint under temperature load

YANG Xiao¹, HE Na^2,3, ZHU Qiang¹, NI Zhixiang², LIU Chong¹, CHEN Zhenyi², SHAO Zekai², CAI Wei^2*, HU Haixiao^3,4, CAO Dongfeng²

1. China Special Vehicle Research Institute, Jingmen 448035, China;
2. State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China;
3. School of Physics and Mechanics, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China;
4. Foshan Xianhu Laboratory of the Advanced Energy Science and Technology Guangdong Laboratory, Foshan 528000, China

Received:2025-01-20 Online:2026-03-28 Published:2026-04-22

摘要/Abstract

摘要： 复合材料-金属连接结构在服役期间难免会经历高温或低温环境。在高低温载荷作用下,复合材料刚度与强度性能会发生不同程度的退化,同时热膨胀产生的内应力导致变形不匹配,会对连接结构的螺栓载荷分配产生影响,进而危害结构的安全性与完整性。因此,本文以复合材料-铝合金双钉单搭接连接结构为研究对象,开展了不同复合材料-铝合金连接结构的高温(80 ℃)和低温(-40 ℃)加载试验,研究了高低温环境载荷下连接结构孔周应变变化规律,讨论了复合材料类型、胶层以及螺栓间距对连接结构孔周应变的影响。结果表明,温度载荷对碳纤维复合材料-铝合金连接接头的变形非协调性影响非常显著,适当减小螺栓间距并在界面间引入胶层,可以有效缓解因变形不匹配引起的热应力影响。本文研究结果可为温度载荷下飞行器连接结构设计提供一定参考。

关键词: 复合材料, 铝合金, 连接接头, 高低温, 孔周应变

Abstract: The composite-metal connection structure of aircraft will inevitably experience high or low temperature environment during service, and the stiffness and strength properties of composites will be degraded to different degrees under the action of high and low temperature loads, and the deformation mismatch caused by internal stresses arising from thermal expansion will have an negative impact on the bolt load distribution of the connection structure, which will endanger the safety and integrity of the structure. Therefore, this paper takes the composite-aluminium alloy double-bolt single-lap connection structure as the research object, and carries out a series of high-temperature (80 ℃) and low-temperature (-40 ℃) loading tests for different composite-aluminium alloy connection structures. The hole peripheral strain change law of the connection structure under the high and low temperature ambient loading is studied, and the influences of the composite material type, the adhesive layer and the bolt spacing on the hole peripheral strain of the connection structure are discussed. The results show that influence of temperature loading on the deformation non-coordination of carbon fiber composite-aluminium alloy connection joints is very significant, and the appropriate reduction of bolt spacing and the introduction of adhesive layer between the interfaces can effectively alleviate the impact of thermal stress caused by deformation mismatch. The research results of this paper can provide a certain reference for the design of connection structure of aircraft under temperature load.

Key words: composite, aluminum alloy, connection joint, high and low temperature, hole peripheral strain

中图分类号:

TB332

杨晓, 贺娜, 朱强, 倪智翔, 刘翀, 陈振毅, 邵泽恺, 蔡伟, 胡海晓, 曹东风. 温度载荷作用下复合材料-铝合金混合连接接头热变形行为研究[J]. 复合材料科学与工程, 2026, 0(3): 38-48.

YANG Xiao, HE Na, ZHU Qiang, NI Zhixiang, LIU Chong, CHEN Zhenyi, SHAO Zekai, CAI Wei, HU Haixiao, CAO Dongfeng. Study on thermal deformation behavior of composite-aluminum alloy hybrid bolt joint under temperature load[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2026, 0(3): 38-48.

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Study on thermal deformation behavior of composite-aluminum alloy hybrid bolt joint under temperature load

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