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對(duì)于傳統(tǒng)金屬材料結(jié)構(gòu)而言，零件之間通常采用焊接的連接方式，其工藝成熟，傳遞載荷性能優(yōu)異。

相對(duì)金屬結(jié)構(gòu)而言，碳纖維復(fù)合材料由于其材料、工藝等方面的限制，無(wú)法采用傳統(tǒng)的連接方式，為保證各部件制件載荷的有效傳遞，必須采用合理的連接方式來(lái)解決。因此，連接設(shè)計(jì)是保證在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

復(fù)合材料連接技術(shù)分類(lèi)

01 機(jī)械連接

優(yōu)點(diǎn)：

1、便于檢查，可靠性高；

2、可重復(fù)裝配，維修性好；

3、無(wú)殘余應(yīng)力；

4、受環(huán)境影響小。

缺點(diǎn)：

1、制孔后孔周部位局部應(yīng)力集中，降低了連接效率；

2、打孔后層壓板局部強(qiáng)度下降，需局部加厚；

3、制孔要求較高；

4、電化學(xué)腐蝕。

02 膠接

優(yōu)點(diǎn)：

1、無(wú)鉆孔引起的應(yīng)力集中，層壓板強(qiáng)度不受影響；

2、抗疲勞、密封減震、絕緣性好；

3、組織裂紋擴(kuò)展，安全性好；

4、不同材料無(wú)電化學(xué)腐蝕。

缺點(diǎn)：

1、強(qiáng)度分散性大，剝離強(qiáng)度低，難以傳遞大載荷；

2、受環(huán)境影響大，易老化；

3、膠接面需特殊處理，工藝要求嚴(yán)格；

4、永久性連接，膠接后不可拆卸，修補(bǔ)困難。

03 混合連接

對(duì)于復(fù)合材料，單純的機(jī)械連接及膠接都無(wú)法滿(mǎn)足裝配需求，更適合用混合連接，混合連接具備機(jī)械連接與膠接的優(yōu)點(diǎn)。

1、可以阻止或延緩膠層損傷的擴(kuò)展，提高抗剝離、抗沖擊、抗疲勞和抗蠕變等性能；

2、具備密封、減震、絕緣的情況下進(jìn)一步增大連接強(qiáng)度，提高載荷傳遞能力；

3、隔離金屬緊固件與復(fù)合材料，無(wú)電化學(xué)腐蝕。

混合連接注意事項(xiàng)：

1、應(yīng)選用韌性膠黏劑，盡量使膠接的變形與機(jī)械連接的變形相協(xié)調(diào)；

2、需要提高緊固件與孔的配合精度，否則易引起膠層剪切破壞，降低連接強(qiáng)度。

各連接技術(shù)應(yīng)用選取

復(fù)合材料連接方法的選取應(yīng)充分利用各自的優(yōu)點(diǎn)，遵循原則如下：

機(jī)械連接：

1、主要用于傳遞集中載荷或強(qiáng)調(diào)可靠性的部位；

2、其中螺栓連接比鉚釘連接可承受更大的載荷，一般用于主承力結(jié)構(gòu)的連接。

膠接：

1、一般適用于傳遞均布載荷或承受剪切載荷的部位；

2、可用于非主要承力結(jié)構(gòu)上，在輕型飛機(jī)、汽車(chē)行業(yè)等應(yīng)用較多；

3、有密封、減震、絕緣等要求的部位。

混合連接：

1、適用于要求安全余度較大的連接部位，一般適用于中等厚度板的連接。

焊接：

1、主要適用于熱塑性復(fù)合材料。

碳纖維復(fù)材膠接工藝

設(shè)計(jì)原則：

1、優(yōu)秀的膠接連接設(shè)計(jì)應(yīng)使其膠接強(qiáng)度不低于被膠件本身的強(qiáng)度，否則膠接將成為薄弱環(huán)節(jié)，使膠接結(jié)構(gòu)過(guò)早破壞；

2、膠接連接設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)最大載荷的作用方向，使所設(shè)計(jì)的膠接連接以剪切的方式傳遞最大載荷，而其它方向載荷很小，盡量避免膠層受拉力和剝離力；

3、應(yīng)特別注意被膠接件熱膨脹系數(shù)要匹配。

復(fù)合材料膠接膠粘劑選擇：

膠粘劑按應(yīng)力-應(yīng)變特性分為韌性及脆性?xún)煞N，如圖所示。

脆性膠粘劑的剪切強(qiáng)度高于韌性膠粘劑，韌性膠粘劑的連接靜強(qiáng)度較高。因此，環(huán)境溫度低于100℃時(shí)盡量選用韌性膠粘劑，高溫環(huán)境時(shí)最好選用脆性膠粘劑。目前碳纖維復(fù)合材常用的膠粘劑有：環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)、聚胺酯類(lèi)、丙烯酸類(lèi)。

復(fù)合材料膠接表面處理：

粘接物體表面的清潔度、粗糙度和表面化學(xué)結(jié)構(gòu)這三個(gè)因素直接影響最終的粘接強(qiáng)度，表面處理工藝主要是改善材料表面提高粘接強(qiáng)度。常用的表面處理方式有以下三種：

復(fù)合材料膠接搭接方式：

從強(qiáng)度角度考慮：當(dāng)膠接構(gòu)件較薄時(shí)，宜采用簡(jiǎn)單的單面搭接或雙面搭接形式。當(dāng)膠接構(gòu)件較厚時(shí)，由于偏心載荷產(chǎn)生的偏心力矩較大，宜采用階梯型搭接或斜面搭接形式：

當(dāng)被膠件厚度t＜1.8mm時(shí)，可采用單搭接，搭接長(zhǎng)度L/t=50 ～ 100；

對(duì)中等厚度板1.8mm≤ t ≤ 4mm時(shí)，采用雙搭接比較適宜，搭接長(zhǎng)度L/t≈30；

當(dāng)被膠件很厚t＞4mm時(shí)，宜選用斜面搭接，搭接角度6° ～ 8°，若斜面加工在工藝上不易實(shí)現(xiàn)，采用階梯形搭接

1、復(fù)合材料層壓板膠接表面纖維方向最好與載荷方向一致，不得與載荷方向垂直，以免被膠接件過(guò)早產(chǎn)生層間剝離破壞。

2、設(shè)計(jì)復(fù)合材料膠接結(jié)構(gòu)應(yīng)使膠層在剪切狀態(tài)下工作，盡量避免膠層受拉力和剝離力；

3、膠接連接形式選擇膠接連接設(shè)計(jì)的目標(biāo)應(yīng)使制造工藝盡可能簡(jiǎn)單、成本盡可能低；

4、膠接連接處應(yīng)采取降低膠接接頭應(yīng)力集中和剝離應(yīng)力的措施。

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