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碳纤维复合材料的机械连接

日期:2014-11-21 16:03阅读次数:
  碳纤维复合材料的连接方式主要有三种,机械连接、胶接和混合连接。其中,混合连接法除了用于增强弱胶连接区域或者是消除从胶接端引发的I型剥离外很少使用。胶接连接的话可以划分为普通胶接和焊接。普通胶接使胶层形成一个独立的相,而焊接是以基体聚合物材料形成连接界面。机械连接的想必大家都有所了解,它是最原始的加工方法之一。本文就来讲讲碳纤维复合材料的机械连接。
 
碳纤维管
(图示:碳纤维管)
 
  应力方面,在碳纤维复合材料中引入开孔会导致空边的应力集中,因此需要在部件钻孔的机械连接会导致应力的集中。科学家Timoshcnko和Goodier通过研究给出了几个方程式,来说明拉伸作用下孔周围的应力分布。得出的结论有:1、碳纤维正轴方向的应力集中系数远比各向同性高;2、正交各向异性材料的应力比各向同性材料应力大,而且更加复杂。连接设计方面,复合材料的连接设计可以分为四部分,几何连接、紧固件布置、应力分析以及失效分析。几何连接最经典的方式是单搭接和双塔接剪切连接;紧固件布置对于连接件的载荷传递至关重要;应力分析存在着紧固件的预紧力、铺层顺序以及自由边效等三维影像;失效分析用来预测失效载荷及失效模式。
 
  机械连接的有很多优点,包括不需要进行表面处理、不受热循环及高湿度环境的负面影响、容易检测、可以拆卸。机械加工包括钻孔、适当装配工艺以及严格的公差设定。这些会提高碳纤维的加工成本。而碳纤维的脆性大,所以加工的时候要格外注意。

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