复合材料胶接方式的设计

【92】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　纺织学报　第24卷　第4期・372・

复合材料胶接方式的设计

吴晓青　李嘉禄　焦亚男

(天津工业大学复合材料研究所, 天津,300160)

摘　要:研究了复合材料的各种胶接接头的形式, 分析了胶接应力, 提出了三维编织预制件的混合连接、双搭斜接、混合斜接的三种方法以及通过模具设计控制表面光洁度、尺寸精度以提高三维编织复合材料胶接质量的观点。关键词:三维编织预制件　复合材料　胶接接头　胶接应力中图法分类号:TS10616　　　文献标识码:A

　　复合材料的整体性是极其重要的, 由于产品的复杂性、大型性和成型加工的限制以及工时效率等诸方面的因素, 在满足设计要求的条件下, 方法, , 除间的连接, 、橡胶及其他非金属与金属之间的连接等, 与铆接、焊接、螺栓连接等方法相比具有胶接结构重量轻、强度较高、应力分布均匀、外形光滑整齐、工艺简单、周期短、可节省大量人工等优点。因此合理的胶接方式是保证高性能粘合剂充分发挥作用的基础。

1所示。

表1　胶接接头结构形式

2　胶接接缝的应力

211　单搭接

1　胶接机理和胶接接头的形式

　　不少学者对粘结机理进行了大量的研究, 目前

主要有吸附理论、静电理论和扩散理论。其中吸附理论最被广泛接受, 它是从分子间的作用力来解释粘结现象, 认为粘接力是建立在两种分子之间的分子吸引上面的

, 胶接现象是与吸附现象类似的表面现象, 其胶接的过程分为两个阶段, 第一阶段是润湿; 第二阶段是吸附粘着。从物理化学的观点来看, 当两种物体表面足够紧地靠在一起时都会引起粘附。这种粘附作用可分为两种, 即本征粘附与机械粘附。在胶接的情况下本征粘附表示胶粘剂与被胶物表面分子间的吸引力; 而机械粘附则表示胶接剂渗入被胶物材料的孔隙内, 胶接剂固化后被镶嵌在孔隙中而产生粘接力。为了要使两物体紧密地粘附并具有足够的强度, 必须使两个物体相互润湿, 形成某种能量最低的结合。

对胶接的实际工作而言, 要获得最大的粘附, 首先要求胶粘剂与被胶物能很好的润湿, 整个表面完全润湿。此外, 胶接强度的影响机理是各种因素的综合结果, 它主要取决于胶粘剂本身的内聚能和胶粘剂同

这种胶接头的应力如图1所示。

图1　单搭接应力分析

　　如果使力的作用线恰好处于胶缝平面上, 在胶接平面上仅产生剪切应力。但实际情况是其作用线

往往有偏心, 并且两胶接面上的力并不作用于一条直线上, 如图1这样在胶接面上不但有剪应力τ, 而且还有弯矩M , 即有垂直于胶接面上的拉应力σ。从应力分析可知, 胶缝两端处的剪应力和拉应力最大, 向中间逐渐递减, 中央部位最小, 胶接面上的应力分布是不均匀的, 因此, 这种搭接形式在主要承力

纺织学报　第24卷　第4期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　【93】・373・构件上不宜采用。平均剪切强度为:

τlog +b cp =a ×

L

力随着θ的减小而减小。

(1)

213　对接胶接头

τ=

sin θπR 2t 2

(8)

式中, L 为搭接长度; t 为被胶接件厚度; a , b 为常数。

212　斜接胶接头

斜接头就是将两个被粘物切成同样的斜度, 并将切口进行胶接的连接形式。它的胶接面积大而应力集中小, 根据承载方向的不同应力也不同。21211　受拉伸(或压缩) 力的斜接形式的应力分布如图2所示。由应力分析可知, 垂直于胶接面的法向应力σn 和平行于胶接面的剪切应力τ分别为:

θσ(2) n =b ・t

τ=(=b ・t 2b ・t

式中, t 为板的厚度

, b 为板的宽度, 2

当对接胶接头承受垂直于胶接面的拉力时, 胶接面主要是正应力σ, 在理想状态下基本是均匀分布的。对接实际上是当斜接θ=90°时的斜搭接, 由前面的分析可知, 对接的胶接面主要是拉应力而不是剪应力, 而且胶接面积不能很大, 所以它不如斜搭接优越。

3　, 在选择搭接方式, 保证纤维最大程度的连续。三维编织复合材料的搭接包含两方面的内容, 其一是对于异常复杂体预制件的非整体性编织, 各部件经缝合后成一体, 采用RT M 工艺而制成复合材料; 其二整体编织成型复合材料后与其他金属、非金属复合材料的胶接。前者胶粘剂与基体是一致的, 固化制度同一, 一次成型; 后者相反。311　预制件的连接方式及特点　　预制件的连接方式及特点见表2。在混合连接与缝合方式中, 对于形状异常复杂的制品, 可采用增加混合层数的办法, 这样有利于不同结构与形状的变化, 如预留孔、预留凹槽等, 同时每层厚度也可以通过减少纱线等改变编织工艺达到变化几何形状的目的; 对于混合斜接与缝合的连接方式, 编织工艺规则, 减线速率一致, 缝合工艺可操作性强; 而双搭斜接与缝合的连接方式介于两者之间。选用何种搭接方式主要是根据制件的几何形状的变化的复杂性、开设不同形状的窗口、预留不同形状的凹糟

、预埋各种金属件等具体情况来决定。

表2　预制件连接的结构形式

图2　受拉(压) 斜接接头的应力

由于外载荷没有偏心, 不存在弯曲力矩, 因而沿胶接面上的应力分布是均匀的, 在斜面接缝的两端,

(3) 可知, 应力σ、τ稍有一点应力集中。从公式(2) 、

都随θ的减小而减小, 故设计斜面时, 应使θ尽量小, 这时不仅胶接面上的应力小, 而且胶接面积大,

承载能力增加。同时, 当θ

21212　受弯曲力矩M 的斜搭接胶接头的应力分布

平板斜搭接时为:

σ=2sin 2θ

b ・t τ=2sin θ・cos θ

b ・t

　　圆筒斜搭接时为:

σ=τ=

2

2sin θπ・R t

(4) (5)

(6) (7)

312　三维整体编织成型件的胶接

θsin θ・cos

π・R 2t

　　式中, b 为板的宽度, R 为圆筒的半径, t 为板或圆筒的厚度。

21213　受扭矩T 的薄壁圆筒斜搭接胶接头的应力

分布　在纯扭情况下, 胶接面上只有剪应力, 其正应力σ=0, 应力分布是均匀的, 没有应力集中, 其剪应

三维整体编织复合材料制件的胶接与采用其他增强材料的复合材料胶接一样, 与胶粘剂的种类、连接方式、搭接长度、尺寸配合、表面粗糙度、环境条件等多种元素有关。大量的胶接实验表明其强度的离

【94】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　纺织学报　第24卷　第4期・374・　　　

织物结构与设计CAI 软件开发

王春霞

(盐城工学院纺织工程系, 盐城,224000)

摘　要:选择W indows 98环境下的VB 610作为程序开发语言, 并用自带的可视化数据管理器建立简单的数据库, 开发研制了织物结构与设计CAI 软件。主要介绍系统的开发思路和具体功能。关键词:织物结构　组织设计　计算机辅助教学(CAI ) 　软件　开发中图法分类号:TS105111　　　文献标识码:A

　　计算机辅助教学(C om puter Assisted Instruction ) 简称C AI , 它是一种用计算机进行辅助教学的教学方式。近年来,C AI 己广泛地应用于数学、语等基础学科及工程学科(中, 并在提高教学质量、大作用。形, , , 这样不但过程繁琐, 而且效果也不好, 还占用了不少的讲课时间。本课程引入C AI 软件可将有关的教学内容按一定结构, 用文字、图形和动画等形式呈现出来, 在生动有趣的环境中形象地说明有关知识, 既给学生提供练习、检测所学知识的机会, 又方便教师检查教学情况。

本课程C AI 系统的主要功能模块包括教学主要内容介绍模块; 组织设计模块; 习题库设计模块。

盘:4, 1024×768,

Windows 98中文版; 开发工具:610中文企业版和Access 2000。112　设计思路

结合本课程教学内容的顺序, 同时为了突出重点, 将组织设计和测试题库设计两大模块并在目录之下, 而且在介绍教学内容的同时也可调用这两模块。综合考虑, 本C AI 软件的设计顺序为:封面设计→目录设计→课件主体部分设计→组织设计→习题库设计, 其总框图如图1所示。

启动窗体

(封面) ()

课件主体介绍窗体组织设计窗体练习和测试窗体

1　软件的系统配置及总的设计思路

111　系统开发环境的选择

图1　软件总框图

硬件CPU :Pentium Ⅱ,233MH z ; RAM :≥32M ; 硬散性是很大的, 由于三维编织复合材料的整体可设计性, 免后加工、尺寸精度高的特点, 使其在搭接长度、尺寸配合、表面粗糙度的控制上具有明显的优势。搭接长度、尺寸精度均可在模具设计时考虑完成, 至于表面粗糙度, 由于三维编织预制件的可变形和可压缩性, 在模具设计时同样可以考虑控制粗糙度R a max 为50, R a min 为1215, 使其与胶粘剂之间发生机械“啮合”作用, 改变了过于光滑, 不利于粘接, 以及过分粗糙, 表面有十分明显的凹凸不平, 导致凹处积存空气而产生气泡, 凸处缺胶出现胶层不连续点, 降低胶接强度的现象, 使胶接质量稳定。

[2]

压缩的构件斜接是一种较合理的接头形式。

21三维编织预制件的连接应以缝合辅助, 编织工艺设计技术含量高, 其中以混合斜接方式最为简便, 具体连接方式应根据预制件的形状的特殊变化为依据, 不同方式的胶接强度有待于大量的实验。

31三维编织复合材料的胶接表面光洁度、尺寸配合等可通过模具设计实现。

参

考

文

献

4　结束语

　　11复合材料的胶接方式多种, 对于承受拉伸或

1　朱文涛. 物理化学. 北京:清华大学出版社,1995:133.

2　张国梁. 复合材料结构连接技术. 长沙:国防工业出版社,1991:

28. 3　植村益次. 纤维增强塑料设计. 北京:中国建筑出版社,1986. 4　谢九明. 复合材料连接手册. 北京:航空材料出版社,1995:10.5　Liy ong T on et al. Analysis and Design of S tructural Bonded Joints. Nse ,

Australia :kluwerAcademic Publishers. 1999.

The dye producing process with membrane technology of nanofiltration for the desalting and concentrating of dye aqueous is studied in this paper. The selection of nanofiltration membrane and its m odule , the technological process of desalting and concentrating of dye aqueous and its optimization , the membrane fouling and cleaning are discussed and analysed in detail. ……………………………Liu Meihong et al (75) R esearches on Sizing T echnology for Fine Denier Polyester F abric of Staple Fiber

The properties and sizing requirement of fine denier polyester yarn and fabric are introduced in this paper. It is thought that suitable sizing materials , prescription , and excellent sizing technology are the key to ensure a sm ooth weaving. ………………………Huang Lixin (77) Optimization of the Mixed Size Prescription

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The paper introduces the methods of developing 32D graphical simulation of texture. Based on the theory of Pierce and the principle of separating texture , it discusses the methods of developing 32D graphical simulation of texture by the character of OpenG L. ………………

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Comprehensive R evie w s

Q u ality Improving of Domestic 2Made Clothing

Through reviewing the gap of clothing quality of domestic and overceas g oods s ources , the feasibility of how to improve the quality of home 2made clothing is delt with the view points of right materials supply and the su fficient support from internal and external departments. …

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Through the investigation of the Chinese tapestry , the author puts forward the opinions on the development of the m odern Chinese tapestry. A fter the introduction of the historical background and the development of the well 2known tapestry in China , this paper is emphasized on the analysis of the reas ons that cause the present difficulties in the Chinese tapestry industry. The fine market prospects and new product development ideas of the traditional Chinese tapestry are researched with practical examples. Meanwhile , the author appeals the whole s ociety to concern about the development of the Chinese tapestry s o as to prom ote this valuable culture heritage. …………………Shen Gan (99) The G reen Design of T extile F abric

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G arment is the evidence of the development of the civilization of human beings. In the m odern times , people select the garment in order to represent their own value and charm. The fabric affects the design , pattern making and the sewing technology of garment. A right fabric must be selected to upgrade the garment and meet the people ’s requirement. ………………………………………Sheng Chunling (104) The T ransfer of T extile I ndustry Center in Asia and the E ffect on China

This paper includes the course of the twice trans fers of the textile industry center in Asia in the second half period of the 20th century and analyses the effect on China and the w orld. It objectively apprases the advantages and disadvantages of several countries , and points out the opportunity and the challenge for the textile industry in China. . ……………………………………………………Qin Yuanchun (106)