復(fù)合材料具有較高的比強(qiáng)度和比模量、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、抗疲勞沖擊性好等性能，得以在航空航天等先進(jìn)領(lǐng)域迅猛發(fā)展。相關(guān)研究表明，有60%~80%的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)破壞發(fā)生在機(jī)械連接處，直接影響著飛行器的結(jié)構(gòu)安全與使用壽命，是其在飛行器結(jié)構(gòu)應(yīng)用的薄弱環(huán)節(jié)。

     螺栓連接以其可維護(hù)性強(qiáng)、承載能力高、可靠性高等特點(diǎn)，成為復(fù)合材料常用的連接形式之一。

     復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)在實(shí)際工作中容易因振動(dòng)、沖擊、交變載荷或工作時(shí)間長(zhǎng)等因素發(fā)生松動(dòng)或破壞，因此其疲勞特性也對(duì)結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生重要影響，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，機(jī)械設(shè)備中因疲勞問(wèn)題而失效的零件數(shù)量約占失效零件總數(shù)的70%，因此，螺栓連接的疲勞問(wèn)題逐漸成為眾多學(xué)者的研究熱點(diǎn)問(wèn)題。

     近幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)的疲勞問(wèn)題進(jìn)行廣泛的研究。在研究初期，疲勞問(wèn)題研究工作主要集中于試驗(yàn)現(xiàn)象分析，近年來(lái)，通過(guò)數(shù)值的方法建立疲勞模型、預(yù)測(cè)疲勞壽命才成為一種主流手段，目前的研究主要集中在復(fù)合材料性能、連接板性能、緊固件性能、連接區(qū)的幾何參數(shù)和載荷因素等對(duì)連接結(jié)構(gòu)疲勞性能的影響。

      復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)的形式可分為多種類型：

(1) 對(duì)接和搭接；

(2) 單搭連接和雙搭連接；

(3) 變厚度和等厚度；

(4) 單螺栓和多螺栓；

(5) 凸頭螺栓和沉頭螺栓。

     典型的復(fù)合材料凸頭螺栓連接結(jié)構(gòu)如圖1所示。

      復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有各向異性、脆性等特點(diǎn)，且為層壓結(jié)構(gòu)，這導(dǎo)致復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜的斷裂行為和多種失效模式。

      復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)在疲勞載荷作用下的破壞形式與在靜載荷作用時(shí)基本相同，如圖2所示，主要有以下幾種破壞形式以及它們的組合形式：擠壓破壞、拉伸破壞、剪切破壞以及緊固件破壞等破壞形式，前三種破壞形式是屬于復(fù)合材料構(gòu)件的破壞范圍，緊固件破壞主要分為緊固件剪切破壞、拉脫破壞和劈裂破壞，是指連接結(jié)構(gòu)所受外載較大、材料強(qiáng)度不夠或預(yù)緊力不足等原因?qū)е碌钠茐男问健?/p>

      復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)的組合形式包括復(fù)合材料板/復(fù)合材料螺栓、復(fù)合材料板/金屬螺栓以及混合結(jié)構(gòu)等，在研究復(fù)合材料層合板或復(fù)合材料緊固件的疲勞性能時(shí)一般采用的是復(fù)合材料疲勞模型，而金屬材料的部分，通常采用相應(yīng)的疲勞準(zhǔn)則進(jìn)行判定。另外，對(duì)于緊固件，由于螺紋幾何形狀和外部載荷環(huán)境比較復(fù)雜，屬于多軸應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜情況，因此如何準(zhǔn)確地分析多軸疲勞問(wèn)題也成為了螺栓疲勞壽命預(yù)測(cè)的難點(diǎn)之一。

     到目前為止，學(xué)者們也建立了多種疲勞模型，包括疲勞壽命模型、剩余強(qiáng)度唯象模型和漸進(jìn)疲勞損傷模型等。在數(shù)值模擬方面，漸進(jìn)疲勞損傷模型的使用范圍更廣且適應(yīng)性更強(qiáng)，在預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)剩余力學(xué)性能和疲勞壽命以及分類定量地描述結(jié)構(gòu)疲勞損傷這兩方面是其余兩類模型無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，因此，漸進(jìn)疲勞損傷模型得到了更廣泛的、更深的研究和發(fā)展。

   劉建明等從單向板出發(fā)建立了T300/BMP-316（碳纖維/聚酰亞胺）復(fù)合材料層合板螺栓連接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。對(duì)于多釘連接的結(jié)構(gòu)，張峻瑞等提出了考慮緊固件分布和復(fù)合材料連接板鋪層層數(shù)的ZT7H/QY9611（碳纖維/雙馬）復(fù)合材料與金屬混合多釘連接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命預(yù)測(cè)模型，可以有效提高預(yù)測(cè)混合多釘連接結(jié)構(gòu)疲勞壽命的精度。 

      漸進(jìn)疲勞損傷模型在評(píng)估連接結(jié)構(gòu)疲勞特性的不確定性方面也有很大的發(fā)展前景，Shan等將漸進(jìn)疲勞損傷模型與區(qū)間分析方法相結(jié)合，有效評(píng)估了碳纖維復(fù)合材料單螺栓雙搭接連接結(jié)構(gòu)疲勞性能的不確定性。其得力于有限元分析技術(shù)以及人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)成為預(yù)測(cè)螺栓連接結(jié)構(gòu)疲勞壽命的一種有效手段。張樂(lè)等將經(jīng)典參數(shù)分析方法與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一套能分析高強(qiáng)度螺栓連接系統(tǒng)應(yīng)力幅值并預(yù)測(cè)其疲勞壽命的窗口化分析工具。張?zhí)忑執(zhí)岢隽艘环N基于視覺(jué)測(cè)振和CNN的螺栓松動(dòng)檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)螺栓連接松動(dòng)故障的檢測(cè)。

     螺栓連接結(jié)構(gòu)和人工智能技術(shù)相結(jié)合具有提高研發(fā)效率，縮短研發(fā)周期的優(yōu)點(diǎn)，也將成為一種發(fā)展趨勢(shì)。

      影響復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)疲勞性能的因素多種多樣，其破壞形式也更加復(fù)雜，因此在分析研究中需要全面考慮。國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究較為廣泛的影響因素主要有以下幾個(gè)方面：復(fù)合材料性能、緊固件性能、側(cè)向約束、幾何效應(yīng)、疲勞載荷以及環(huán)境因素等。

      要形成螺栓連接的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，就要在復(fù)合材料上開(kāi)孔，在加工中難免會(huì)產(chǎn)生初始損傷，工藝水平的不同將導(dǎo)致不同的初始損傷，而常用的鉆孔工藝將不同程度地導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)毛刺、局部分層損傷、孔表面質(zhì)量差等加工缺陷。 

      分層損傷是復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)中的主要缺陷形式之一，又可分為初始的分層損傷以及受載過(guò)程中由裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生的分層損傷，它的存在會(huì)造成結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度大幅降低。

      李躍宇采用圓形聚四氟乙烯薄膜插鋪方法模擬分層損傷缺陷，對(duì)含分層損傷的復(fù)合材料螺栓連接件進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明分層損傷對(duì)疲勞強(qiáng)度有較大的影響，分層損傷直徑越大，疲勞強(qiáng)度越低。

      孔壁質(zhì)量會(huì)對(duì)裂紋萌生和擴(kuò)展產(chǎn)生重要影響，甚至影響結(jié)構(gòu)的連接強(qiáng)度與疲勞壽命。Saleem等利用紅外熱成像技術(shù)研究了兩種不同的鉆井工藝對(duì)復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明孔的加工表面質(zhì)量是影響相應(yīng)螺栓復(fù)合接頭疲勞壽命的重要因素之一。 

      復(fù)合材料層合板的不同鋪層角度、鋪層比例、鋪層順序、鋪層厚度等都會(huì)導(dǎo)致螺栓連接結(jié)構(gòu)有不同的失效形式。考慮層合板的多種參數(shù)對(duì)連接疲勞強(qiáng)度的影響也是值得關(guān)注的點(diǎn)。

     復(fù)合材料層合板有四種常用的鋪層角：0°、±45°、90°。孟毛毛等對(duì)CCF300/BA9916-Ⅱ（碳纖維/環(huán)氧）復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，研究發(fā)現(xiàn)合理的±45°層比例可以顯著提高連接結(jié)構(gòu)的抗擠壓和抗剪切能力，但增加±45°層比例到50%以上后對(duì)連接強(qiáng)度影響不大。因此，為了保證連接結(jié)構(gòu)在工程中有較高的連接強(qiáng)度和可靠性，通常對(duì)鋪層比例的規(guī)定如下：1) 0°層：≥25%；2) ±45°層：≥40%；3) 90°層：≥10%。

     鋪層方式也是復(fù)合材料層合板的設(shè)計(jì)參數(shù)之一，對(duì)其疲勞性能有很大的影響。潘應(yīng)雄等應(yīng)用能量耗散方法分析了不同鋪層方式和不同應(yīng)力水平對(duì)能量耗散密度的影響，研究T300/QY8911（碳纖維/雙馬）復(fù)合材料層合板的疲勞性能和損傷行為。

      學(xué)者們?cè)谄谠囼?yàn)中多選取相對(duì)薄的復(fù)合材料層合板，如劉輝等選取10層，每層厚度1.3 mm；王奔等選取8層，每層厚度2 mm。Wang等設(shè)計(jì)了不同配置的T700/7901（碳纖維/環(huán)氧）復(fù)合材料層合板以探討其疲勞行為和損傷機(jī)理，結(jié)果表明薄板可顯著抑制分層和基體開(kāi)裂，具有最佳的抗疲勞性能，纖維扭結(jié)和纖維彎 曲是其主要的疲勞損傷機(jī)制，而厚板則存在嚴(yán)重的分層行為，且進(jìn)一步形成橫向和縱向裂紋。 

      從復(fù)合材料性能的疲勞性能影響研究現(xiàn)狀來(lái)看，可以得到以下主要結(jié)論：首先，加工缺陷會(huì)對(duì)連接疲勞性能造成一定的影響；其次，在實(shí)際工程中，復(fù)合材料層合板的鋪層設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)納入重點(diǎn)考慮范圍；最后，厚層合板和薄層合板的疲勞損傷機(jī)理有所區(qū)別，應(yīng)該分別對(duì)待。

      影響緊固件連接強(qiáng)度的因素很多，緊固件的性能對(duì)連接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。而在實(shí)際應(yīng)用中，緊固件的性能也涉及多個(gè)螺栓的行為，因此多螺栓結(jié)構(gòu)的疲勞性能也應(yīng)納入考慮。

      螺栓結(jié)構(gòu)的幾何尺寸是影響連接疲勞性能最基本的因素之一，對(duì)于單個(gè)螺栓而言，螺栓頭與螺栓桿之間過(guò)渡處的應(yīng)力集中程度取決于圓角半徑和緊固件尺寸，較小的圓角半徑和較大的緊固件直徑都會(huì)導(dǎo)致較高的應(yīng)力集中程度。

      而對(duì)于多釘連接結(jié)構(gòu)，魏冉等對(duì)不同釘徑、不同釘孔配合的復(fù)合材料多釘連接進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)研究，結(jié)果表明不同釘徑和釘孔配合方式對(duì)于連接的疲勞性能和釘載分配影響較小。具體螺栓尺寸的選取與工程實(shí)際密切相關(guān)。

      沉頭螺栓和凸頭螺栓是兩種常見(jiàn)的接頭型式，不同螺栓接頭的疲勞特性也有所不同。 

     蒲浩等對(duì)不同緊固件、緊固件/孔配合的碳纖維復(fù)合材料連接進(jìn)行研究，結(jié)果表明凸頭和沉頭緊固件連接的應(yīng)力分布及破壞模式均不相同，采用沉頭緊固件連接可以提高復(fù)合材料的許用預(yù)緊力，但由于受力不均易發(fā)生屈曲破壞。

      Qin等通過(guò)試驗(yàn)和仿真分析凸頭和沉頭螺栓連接結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度和破壞模式上的差異，給出了凸頭和沉頭螺栓接觸面積、螺桿彎曲、孔周圍變形和應(yīng)力分布的變化，如圖3所示。

      許多材料可用于制造緊固件，目前航空航天領(lǐng)域常用的四大結(jié)構(gòu)材料為復(fù)合材料、鋁合金、鈦合金和合金鋼，混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有時(shí)也是工程實(shí)際的最佳選擇，但由于復(fù)合材料及金屬的疲勞性能不同，熱性能和機(jī)械性能也不匹配，具有不同的失效機(jī)制以及缺口敏感性，對(duì)疲勞載荷的反應(yīng)不同，因此材料種類的不同會(huì)導(dǎo)致螺栓連接結(jié)構(gòu)有多種可能的破壞模式。

   侯赤等研究發(fā)現(xiàn)混合結(jié)構(gòu)中T300/QY8911復(fù)合材料層合板損傷降低局部連接剛度，而金屬板疲勞損傷增加局部連接剛度，表明金屬疲勞有利于提高層合板疲勞壽命。

      安子乾等研究發(fā)現(xiàn)由于碳纖維復(fù)合材料和鈦合金金屬材料自身疲勞性能的差異，在不同疲勞載荷水平下，其機(jī)械連接結(jié)構(gòu)的疲勞破壞模式會(huì)發(fā)生變化；當(dāng)載荷水平較低時(shí)，金屬結(jié)構(gòu)更容易發(fā)生破壞。

      在實(shí)際工程中，復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)的裝配方法主要有三種：間隙配合、干涉配合以及理想配合（無(wú)間隙）。但考慮到安裝、卸載和維修的便捷性，以及機(jī)器加工精度和裝配誤差等因素，螺栓也常采用間隙配合。間隙配合改變了連接結(jié)構(gòu)表面的接觸條件和載荷分布，以致于降低了螺栓連接結(jié)構(gòu)的連接強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。

    Egan等研究了不同裝配間隙下HTA/6376（碳纖維/環(huán)氧）復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明其初始剛度隨間隙的變化而變化，沉頭螺栓壓縮應(yīng)力大小隨間隙的增加而增加。

    鐘茂平等對(duì)不同配合精度下的T300/QY8911復(fù)合材料螺栓連接強(qiáng)度進(jìn)行研究，研究發(fā)現(xiàn)剛度隨間隙增大呈線性下降的趨勢(shì)，孔邊徑向應(yīng)力高度集中且明顯高于無(wú)間隙配合的情形。 

      通過(guò)干涉配合，螺栓連接的孔邊會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，降低了交變載荷的應(yīng)力幅值和平均應(yīng)力水平，可以提高連接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度，當(dāng)使用合理的干涉量時(shí)甚至可成倍提高結(jié)構(gòu)疲勞壽命，復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)干涉配合如圖4所示。

      在實(shí)際運(yùn)用中，帶襯套的干涉配合緊固系統(tǒng)可以減少分層損傷帶來(lái)的影響。Xu等通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在1.8％的干涉配合后，不含襯套的連接結(jié)構(gòu)中孔邊出現(xiàn)較多的纖維，基體也發(fā)生破壞，但襯套可以減小干涉配合時(shí)孔壁所受到的軸向力，有效減少分層損傷。

      劉輝等通過(guò)數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)干涉量在0.8%~1%范圍內(nèi)，可以有效提高碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。

      復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在實(shí)際工作中，常常涉及多個(gè)螺栓的力學(xué)行為，有時(shí)僅研究單個(gè)螺栓連接的疲勞特性，并不能準(zhǔn)確地分析結(jié)構(gòu)的疲勞性能和預(yù)測(cè)其疲勞壽命。現(xiàn)有的多螺栓疲勞試驗(yàn)一般考慮2、3、4、6個(gè)螺栓的連接結(jié)構(gòu)，可分為單排和雙排螺栓連接的情況。

      Gamdani等研究多螺栓連接碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的疲勞性能，如圖5所示，結(jié)果表明多螺栓連接對(duì)比單螺栓來(lái)說(shuō)承受疲勞載荷的能力也更強(qiáng)，拆除中心螺栓不會(huì)降低多螺栓連接的疲勞壽命。

     而對(duì)于工程實(shí)際的多螺栓連接結(jié)構(gòu)件，也有學(xué)者進(jìn)行相關(guān)研究。周紅磊針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部件典型螺栓連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，包括預(yù)緊力、裝配間隙和螺距等的影響，建立預(yù)緊螺栓連接疲勞壽命的分析方法。

      Xu等對(duì)多螺栓連接碳纖維復(fù)合材料輪輞結(jié)構(gòu)的疲勞性能進(jìn)行數(shù)值分析，且對(duì)結(jié)構(gòu)的連接性能進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。 

      從緊固件性能的疲勞性能影響研究現(xiàn)狀來(lái)看，可以得到以下主要結(jié)論：首先，螺栓的尺寸因素會(huì)影響其應(yīng)力集中程度，不同釘徑和釘孔配合方式對(duì)多釘連接疲勞性能和釘載分配影響較小，承受疲勞載荷的能力也比單釘更強(qiáng)；其次，沉頭螺栓易因受力不均而發(fā)生破壞，多應(yīng)用于要求隱身性強(qiáng)或氣動(dòng)性好的飛行器上，相比而言，凸頭螺栓的承載能力更高；最后，釘孔的配合間隙越大，連接疲勞強(qiáng)度越低，而合適的干涉配合能有效提升連接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。

      在實(shí)際工程中，復(fù)合材料螺栓連接都規(guī)定了相應(yīng)的擰緊力矩。通過(guò)向螺母或螺栓施加扭矩來(lái)擰緊螺栓從而產(chǎn)生螺栓部件中的拉力，通常稱其為預(yù)緊力，可以保證結(jié)構(gòu)的結(jié)合及提高疲勞性能。預(yù)緊力松弛也是導(dǎo)致緊固件連接疲勞失效、結(jié)構(gòu)完整性破壞的主要機(jī)制之一。

      喬喬等認(rèn)為連接結(jié)構(gòu)預(yù)緊力的大小會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)的疲勞性能，過(guò)小的預(yù)緊力不利于結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，過(guò)大的預(yù)緊力又會(huì)影響結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，因此，預(yù)緊力存在最優(yōu)值。

     對(duì)于單搭接與雙搭接連接結(jié)構(gòu)，肖睿恒等和Giannopoulos等分別進(jìn)行試驗(yàn)與仿真分析，結(jié)果表明，預(yù)緊力大小不改變接頭失效形式；隨著預(yù)緊力增大，連接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命逐漸增大。

      對(duì)于要求高裝配精度的連接結(jié)構(gòu)，補(bǔ)償墊片可以減少因加工誤差等原因存在的裝配間隙導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力及裝配應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)造成的損傷。目前常用的補(bǔ)償墊片主要有液體墊片和固體金屬墊片。 

      液體墊片所用的材料為可塑性環(huán)氧樹(shù)脂，制造成本低，且對(duì)于任意形狀或尺寸的間隙或較大的填充間隙面積的情況更為適用。Kapid?i?等研究認(rèn)為，使用液體墊片和低預(yù)緊力的螺栓連接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命顯著降低，原因在于板間的摩擦載荷傳遞較低，施加的外載荷主要通過(guò)螺栓傳遞，增加了螺栓的彎曲應(yīng)力，降低了疲勞壽命。當(dāng)螺栓結(jié)合面之間的間隙過(guò)大時(shí)，固體墊片比液體墊片更為適合。姚熊亮等開(kāi)展了有無(wú)彈簧墊片復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)的部件疲勞對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明彈簧墊片的預(yù)緊作用可延長(zhǎng)復(fù)合材料層合板螺栓孔處的疲勞壽命。 

     從側(cè)向約束的疲勞性能影響研究現(xiàn)狀來(lái)看， 可以得到以下主要結(jié)論：首先，合適的預(yù)緊力能夠保證結(jié)構(gòu)的可靠性和有效地提高連接疲勞性能；其次，采用補(bǔ)償墊片能減少應(yīng)力集中對(duì)結(jié)構(gòu)造成的損傷；最后，若間隙的形狀或面積具有不確定性，可采用液體墊片，但間隙過(guò)大時(shí)，固體墊片對(duì)改善連接疲勞性能更有效。 

     復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)的幾何效應(yīng)，如連接板的長(zhǎng)度、層合板直徑與板厚比、試件的寬徑比及孔端距與孔徑比、螺孔形狀和螺孔位置誤差等因素也對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞性能產(chǎn)生一定的影響。 

     Shan等采用了新型漸進(jìn)疲勞損傷模型確定了碳纖維復(fù)合材料-鋁連接板厚度比對(duì)螺栓連接結(jié)構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)疲勞破壞的影響，給出了連接結(jié)構(gòu)的疲勞失效模式與厚度比的關(guān)系。

      普遍認(rèn)為合適的試件寬度與孔徑比及孔端距與孔徑比能有效改善復(fù)合材料的連接強(qiáng)度，劉輝等研究發(fā)現(xiàn)若適當(dāng)增大寬徑比，可以提高碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。

     加工孔的幾何精度和尺寸精度也是影響接頭結(jié)構(gòu)使用性能的重要因素。Qin等對(duì)碳纖維復(fù)合材料螺栓接頭進(jìn)行研究，研究發(fā)現(xiàn)沉角半徑對(duì)復(fù)合材料連接底板的應(yīng)力影響較大，而沉深度和沉角對(duì)頂部復(fù)合材料板的應(yīng)力影響較大。

      從幾何效應(yīng)的疲勞性能影響研究現(xiàn)狀來(lái)看，可以得到以下主要結(jié)論：首先，混合結(jié)構(gòu)連接板的板厚比會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)疲勞破壞產(chǎn)生影響；其次，合適的寬徑比與孔端徑比能有效改善復(fù)合材料連接強(qiáng)度；最后，螺孔的幾何精度和尺寸精度也是影響連接結(jié)構(gòu)疲勞性能的重要因素。 

      外部疲勞載荷的變化傳遞到螺栓的程度是螺栓受到疲勞損壞的主要影響因素。疲勞載荷可以分為靜態(tài)疲勞載荷和振動(dòng)疲勞載荷。 

      實(shí)際結(jié)構(gòu)可能經(jīng)歷多種多樣的載況，受載復(fù)雜而又隨機(jī)性強(qiáng)，幾乎不可能實(shí)現(xiàn)在試驗(yàn)中全真模擬實(shí)際載況，因此必須對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化，典型螺栓結(jié)構(gòu)的靜態(tài)疲勞載荷為單軸載荷，也有考慮雙軸或多軸載荷的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)程序。鐘后順基于HB 6442-90規(guī)定的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)方法，驗(yàn)證了往復(fù)載荷作用下螺栓連接的松動(dòng)問(wèn)題。

      由于螺栓接頭可能存在不同的疲勞和顫動(dòng)疲勞失效模式，因此難以充分描述其失效模式，并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其疲勞壽命。Esmaeili等使用了幾種多軸疲勞標(biāo)準(zhǔn)來(lái)預(yù)測(cè)螺栓接頭的疲勞壽命，以評(píng)估夾緊力的疲勞效果。 

      疲勞載荷的偏心作用會(huì)產(chǎn)生附加彎矩及橫向力引起螺栓失效。偏心率反映了應(yīng)力集中的影響，其值等于其改變局部應(yīng)力幅值與標(biāo)稱應(yīng)力幅值之比。張志宏等研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于CCF300/5228（碳纖維/環(huán)氧）復(fù)合材料單搭接連接結(jié)構(gòu)，偏心作用加重了螺紋的應(yīng)力集中，導(dǎo)致螺栓發(fā)生軸向斷裂破壞，螺母內(nèi)側(cè)產(chǎn)生角裂紋。

     進(jìn)行側(cè)向約束有助于降低緊固件所受的軸向載荷。劉禮平等研究發(fā)現(xiàn)由于偏心載荷的影響，在拉伸載荷作用下，單搭接連接結(jié)構(gòu)會(huì)在螺栓處產(chǎn)生彎矩，導(dǎo)致接頭面外變形，即二次彎曲，如圖6所示。

      當(dāng)結(jié)構(gòu)受到動(dòng)態(tài)交變載荷時(shí)，如沖擊、振動(dòng)和噪聲載荷等，若載荷的頻率分布與結(jié)構(gòu)的固有頻率分布相接近，而激起結(jié)構(gòu)共振引起疲勞的這種現(xiàn)象屬于振動(dòng)疲勞，其導(dǎo)致的共振破壞屬于振動(dòng)疲勞破壞，除此之外都屬于靜態(tài)疲勞問(wèn)題。 

     張振等建立了基于模態(tài)參數(shù)評(píng)估T300/7901復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)疲勞動(dòng)態(tài)性能的分析方法，研究表明在相同預(yù)緊力時(shí)，試件激振頻率越高，螺栓預(yù)緊力松弛越快。

     目前基于模態(tài)參數(shù)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行損傷識(shí)別的研究方法比較成熟，但相對(duì)來(lái)說(shuō)，研究連接結(jié)構(gòu)疲勞動(dòng)態(tài)性能衰退的方法較少。關(guān)于加載頻率對(duì)軸向激勵(lì)下螺栓連接結(jié)構(gòu)疲勞性能的影響，Li等研究認(rèn)為螺栓軸向力的變化可以分為三個(gè)階段，具體如表1所示。

      從疲勞載荷的疲勞性能影響研究現(xiàn)狀來(lái)看，可以得到以下主要結(jié)論：首先，實(shí)際結(jié)構(gòu)所經(jīng)歷的載況多種多樣，所設(shè)計(jì)的疲勞載荷應(yīng)盡可能合理地反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際載況；其次，載荷偏心率的增加會(huì)導(dǎo)致螺紋的應(yīng)力集中越嚴(yán)重，且會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體次彎曲的現(xiàn)象；最后，預(yù)緊力松弛可以反映結(jié)構(gòu)在振動(dòng)過(guò)程中能量耗散的過(guò)程。 

      現(xiàn)有大部分疲勞性能研究的環(huán)境條件都是恒定濕度及溫度狀態(tài)，但在實(shí)際工作中，不僅不斷循環(huán)變化的環(huán)境溫度和濕度會(huì)對(duì)材料各性能產(chǎn)生影響，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的接觸條件還會(huì)受到改變，從而導(dǎo)致預(yù)緊力發(fā)生松弛。 

      Zhao等研究了濕熱環(huán)境對(duì)單搭接和雙搭接結(jié)構(gòu)失效的影響。研究表明濕熱環(huán)境對(duì)破壞模式?jīng)]有影響，但確實(shí)縮短了損傷擴(kuò)展過(guò)程并降低了強(qiáng)度。胡俊山研究溫度對(duì)碳纖維復(fù)合材料干涉連接結(jié)構(gòu)承載性能的影響，研究表明與常溫相比，復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)隨著溫度升高，其承載性能逐漸降低，但低溫下承載性能不降反升。

      對(duì)于復(fù)合材料本身在環(huán)境因素影響下的疲勞性能研究，譚志勇等對(duì)2D-C/SiC陶瓷基復(fù)合材料開(kāi)展了常溫-高溫-常溫環(huán)境下的疲勞試驗(yàn)，分析了材料在疲勞載荷下的失效機(jī)理，結(jié)果表明在變溫與疲勞載荷耦合作用下，材料內(nèi)部的碳纖維發(fā)生不同程度的氧化，SiC基體出現(xiàn)破裂、疏松導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。 

      綜上所述，近幾十年來(lái)復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)疲勞性能的研究手段具有從試驗(yàn)向高研發(fā)效率的模型與預(yù)測(cè)方法發(fā)展的趨勢(shì)，各種影響因素的研究也得到了較大的發(fā)展。未來(lái)其疲勞研究的重點(diǎn)領(lǐng)域或發(fā)展趨勢(shì)主要包括： 

     (1) 高效可靠的疲勞模型與預(yù)測(cè)方法。漸進(jìn)疲勞損傷模型因使用范圍廣、適用性強(qiáng)而具有很大的發(fā)展前景。但對(duì)于各種連接結(jié)構(gòu)，包括復(fù)合材料與金屬混合結(jié)構(gòu)，仍需建立統(tǒng)一的、綜合的以及可靠的疲勞模型與疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。近年來(lái)，隨著人工智能技術(shù)的興起，將新興技術(shù)與疲勞預(yù)測(cè)問(wèn)題相結(jié)合也成為一種有效的手段。 

     (2) 多因素影響下的疲勞損傷機(jī)理。復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)疲勞特性的影響因素多種多樣，除了上述的影響因素，還有一些非主要但也值得考慮的因素，包括螺栓的熱處理，用于裝配的外部剩余螺紋數(shù)量、螺母厚度等，多因素的影響導(dǎo)致其疲勞問(wèn)題實(shí)際上十分復(fù)雜，對(duì)其的預(yù)測(cè)也有一定的難度，但這也是未來(lái)研究的重點(diǎn)。

     (3) 特殊環(huán)境因素導(dǎo)致的疲勞行為。復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)在實(shí)際服役狀態(tài)下不僅可能受到濕熱作用，還可能包括酸雨、鹽霧等腐蝕氣氛的復(fù)雜工況，復(fù)合材料表面和內(nèi)部組織或金屬緊固件的力學(xué)性能由此發(fā)生變化，從而導(dǎo)致連接結(jié)構(gòu)的疲勞性能下降。因此需要進(jìn)一步研究特殊環(huán)境下連接結(jié)構(gòu)的疲勞行為與損傷機(jī)理。 

     總之，復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)具有很大的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景，若要更充分、更有效地利用，仍需對(duì)其疲勞性能進(jìn)行大量且全面的研究，以期實(shí)現(xiàn)可靠、科學(xué)的疲勞壽命預(yù)測(cè)。