碳纤维材料不同连接方式的优缺点介绍

 

   （而目前结构连接传递载荷应用最多的就要数机械连接和胶接连接。缝合连接和Z-Pin连接仅作为一种辅助手段，提高连接的抗剥离应力的能力。为让大家更好的了解胶接连接和机械连接，下面邀请挪恩复材的陈工来介绍一下胶接连接和机械连接的连接形式和两种连接方式的优缺点。

 

 

    胶接连接是用胶粘剂将两个或多个构件连接在一起。如今，胶接一般分为3类：共固化、共胶接和二次胶接。但我们平时所说胶接一般指二次胶接或者共胶接，共固化预成型胶接的性能远优于共胶接的性能。

 

    胶接连接形式主要可分为两大类：平面型搭接和正交形式的连接。平面型搭接构型主要承受面内拉伸载荷，胶层承受剪力，大多用于飞行器结构中的板类构件之间的连接；正交型搭接构型以承受面外拉伸载荷为主，通常称为拉脱载荷，主要用于板类构件与梁、肋、桁条等的连接。

 

 

    机械连接是使用机械方法，通常采用螺栓和铆钉，将两个或者多个被连接构件连接在一起的方法。飞机结构中常用的机械连接主要包括螺栓、铆钉、盲紧固件和环槽铆钉连接等。碳纤维复合材料结构的机械连接存在多种连接形式，按照其紧固件的受力不同可以分为单剪和双剪两类；按照连接中有无搭接板起连接过渡作用，分为搭接和对接；每种连接形式都会存在一种对应的斜削连接形式。

 

    碳纤维复合材料机械连接形式的选择应注意：单剪搭接的形式会存在一定的弯曲变形，会减小连接强度、降低连接效率，因此，连接设计宜采用双剪连接形式；由于存在弯曲应力，对于不对称的单搭接连接结构，应利用多排钉连接，并增大排距；碳纤维树脂基复合材料多排紧固件连接时存在载荷分配的严重不均匀，应注意不宜使用钉排数过多的结构形式。

 

    在多钉连接结构中，为提高结构的连接强度，特别是疲劳强度，螺栓孔的位置尽量采用平行排列，避免交错排列；合理设计变厚度板的斜削型连接可以提高连接结构的承载能力，而斜削连接形式设计不合理时会使承载能力降低。

 

 

  1、有阻止裂纹扩展的作用，破坏安全性好

 

  2、不存在制孔引起的强度下降

 

  3、没有腐蚀问题，能获得光滑的气动外形 

 

  4、抗疲劳、减振、密封及绝缘性能好

 

  5、不使用紧固件，结构轻，制造成本低

 

 

  1、需要提前对胶接表面进行特殊处理，并且被胶接接件之间精度要求较高，需加温加压固化设备，修补较为困难

 

  2、胶接是永久连接，胶接后不可拆卸，材料回收再利用困难

 

  3、强度分散性大，剥离强度较低，且难以胶接较厚的结构和传递大的载荷 

 

  4、连接效果难以控制，可靠性差

 

 

  1、在制造、维修和更换中可再重复装配和拆卸

 

  2、受到环境的影响较小，且没有厚度限制 

 

  3、可靠性较高，便于检查连接效果

 

  4、对零件表面无特殊要求，对剥离应力不敏感

 

 

  1、钢紧固件与复合材料接触存在电偶腐蚀问题 

 

  2、制孔会损伤复合材料，且孔边存在应力集中，降低了连接强度 

 

  3、为弥补制孔引起的强度下降，进行局部加强，但会造成结构质量增加 

 

  4、与之配合的金属件易于疲劳，制造成本也相对较高。 胶接连接与机械连接都存在各自的优缺点，大家在选择连接方式时一定要根据产品的实际需求进行考量，选择最适合自身产品的连接方式。