相比于傳統鋁合金、高強鋼等材料,復合材料減重效果和強度更佳。目前,復合材料通常是以零部件的形式應用于航空、汽車、軌道車輛以及各種機械設備的制造中,因此,復合材料部件之間、復合材料與其它類部件之間的連接至關重要。
雖然復合材料整體成型技術已取得了一定的發展,但復合材料結構不可避免地要與各種零部件相連接,而復合材料結構件的破壞往往發生在連接處,因此復合材料的連接技術是復合材料應用中較為關鍵的組成部分。
現階段復合材料連接一般會涉及5種主要方法:機械連接、膠接連接、混合連接、縫合連接、Z-Pin連接。而目前結構連接傳遞載荷應用最多的就要數機械連接和膠接連接。縫合連接和Z-Pin連接僅作為一種輔助手段,提高連接的抗剝離應力的能力。
第一部分:機械連接
復合材料機械連接是復合材料結構設計的一個重要環節,同時也是影響復合材料應用于主承力構件的一個必須面對的問題。復合材料的機械連接是指將一復合材料和另一復合材料(或金屬或合金)通過緊固件連接成為一整體。
機械連接結構簡單,通過螺紋連接、鉚接、插銷連接、卡口連接等方式將金屬和復合材料連接在一起。鉚接一般用在受力較小的復合材料薄板上,而螺栓連接廣泛應用于承載能力較大和比較重要的受力構件上。
機械連接一般有如下的優缺點:
機械連接的優點:
1、在制造、維修和更換中可再重復裝配和拆卸,方便檢查,易維修。
2、受到環境的影響較小,且沒有厚度限制。
3、無殘余應力,可靠性較高,便于檢查連接效果。
4、對零件表面無特殊要求,對剝離應力不敏感。
機械連接的缺點:
1、鋼緊固件與復合材料接觸存在電化學腐蝕,需要對連接的螺栓進行相應的腐蝕技術處理。
2、制孔會損傷復合材料,且孔邊存在應力集中,降低了連接強度
3、為彌補制孔引起的強度下降,進行局部加強,但會造成結構質量增加
4、與之配合的金屬件易于疲勞,制造成本也相對較高。
此外,機械連接設計除了要考慮選擇何種緊固件及連接形式外,還要對連接幾何參數、連接區的鋪層、防電化學腐蝕等方面進行詳細分析設計。
(未完待續)
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