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【科普知识】碳纤维复合材料常用连接技术

  对于传统金属材料结构而言,零件之间通常采用焊接的连接方式,其工艺成熟,传递载荷性能优异。

  相对金属结构而言,碳纤维复合材料由于其材料、工艺等方面的限制,无法采用传统的连接方式,为保证各部件制件载荷的有效传递,必须采用合理的连接方式来解决。因此,连接设计是保证在复合材料结构性能的关键环节之一。

  对于复合材料,单纯的机械连接及胶接都无法满足装配需求,更适合用混合连接,混合连接具备机械连接与胶接的优点。

  1、可以阻止或延缓胶层损伤的扩展,提高抗剥离、抗冲击、抗疲劳和抗蠕变等性能;

  2、需要提高紧固件与孔的配合精度,否则易引起胶层剪切破坏,降低连接强度。

  1、优秀的胶接连接设计应使其胶接强度不低于被胶件本身的强度,否则胶接将成为薄弱环节,使胶接结构过早破坏;

  2、胶接连接设计应根据最大载荷的作用方向,使所设计的胶接连接以剪切的方式传递最大载荷,而其它方向载荷很小,尽量避免胶层受拉力和剥离力;

  复合材料胶接表面处理:粘接物体表面的清洁度、粗糙度和表面化学结构这三个因素直接影响最终的粘接强度,表面处理工艺主要是改善材料表面提高粘接强度。常用的表面处理方式有以下三种:

  从强度角度考虑:当胶接构件较薄时,宜采用简单的单面搭接或双面搭接形式。当胶接构件较厚时,由于偏心载荷产生的偏心力矩较大,宜采用阶梯型搭接或斜面搭接形式:

  当被胶件厚度t<1.8mm时,可采用单搭接,搭接长度L/t=50 ~ 100;

  对中等厚度板1.8mm≤ t ≤ 4mm时,采用双搭接比较适宜,搭接长度L/t≈30;

  当被胶件很厚t>4mm时,宜选用斜面搭接,搭接角度6° ~ 8°,若斜面加工在工艺上不易实现,采用阶梯形搭接

  1、复合材料层压板胶接表面纤维方向最好与载荷方向一致,不得与载荷方向垂直,以免被胶接件过早产生层间剥离破坏。

  2、设计复合材料胶接结构应使胶层在剪切状态下工作,尽量避免胶层受拉力和剥离力;

  3、胶接连接形式选择 胶接连接设计的目标应使制造工艺尽可能简单、成本尽可能低;

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