碳纤维复合材料连接方式的选择有哪些依据?

2018-10-18 20:14


碳纤维复合材料通常是以零部件的形式应用于航空、汽车、轨道车辆以及各种机械设备的制造中,碳纤维复合材料部件之间、碳纤维复合材料与其它类部件之间的连接一般会涉及三种形式,即机械连接、胶结连接和混合连接。不同的连接方式有各自的优势和缺点,那么,在实际应用中又该如何选用呢?
一是根据部件的体积与部件需要传递的集中载荷情况进行选择。对于厚度、长度或者整体体积在整个设备中占比较大的部件来说,建议使用机械连接的方式,因为较重或较大的机械设备在运转过程中往往会产生较大的振动和摩擦,机械连接相对于胶结连接来说更有利于传递较大的集中载荷,抗高温和抗剥离性能更好,选用这样的方式可靠性更高;对于重量轻、体积小的部件则可以采用胶结的方式来连接,因为相比于机械连接,胶结的方式不仅容易得到符合空气动力学要求的平滑过渡形状,更重要的是不会明显增加机体的自重,而自重对于小型特别是精密型的设备来说影响很大,不过因为胶结强度会随温度、湿度等环境变化而变化,所以与机械连接相比可靠性有所降低。
 
二是根据部件是否有拆分替换的需求进行选择。使用金属与碳纤维复合材料进行机械连接,连接部位一旦出现磨损,定期检查相对比较容易,其中可拆卸的机械连接也便于更换维修;胶结主要是利用粘结剂将零件连接成不可拆分的整体,在连接处完全破坏前很难及时预见和检查到交接处的品质,拆卸困难,基本上是一次性的。
 
三是根据部件对连接处的应力和密封要求进行选择。机械连接必须有连接孔,开孔削弱了受力断面,因而开孔处存在应力集中的缺点,在调整接缝时还会再次产生应力,而且需要针对孔隙进行二次密封,对连接的螺栓也要进行相应的防腐蚀技术处理。胶结的连接方式因为无开孔,所以无应力集中和防腐蚀的问题,也可以进行直接密封,残余变形小。
 
与单一的连接方式相比,胶结和机械皆有的混合连接方式的使用更为广泛,“混合连接的方式能规避单一连接方式的弊端,使应力分配更加合理,有助于碳纤维复合材料部件体现出重量轻、强度大、抗疲劳、抗蠕变等优势”,不过,他也强调,“客户的实际需求才是的标准,碳纤维复合材料部件具体应用的位置、功能和运行环境才是决定其连接方式的较终依据”。
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