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使用ODiSI验证复合材料粘合接头的完整性

鸡铆钉听起来不像是一个非常专业的术语。然而,它是指在航空航天工业中广泛使用的机械紧固件,以保证碳纤维增强塑料(CFRP)材料粘结粘结的可靠性。由于对粘接的理解不是很透彻,目前的认证要求需要证明,当达到临界设计载荷时,每个粘接接头不会分离并导致结构失效。最简单、最便宜的方法是用这些额外的机械紧固件或鸡形铆钉来组装这些部件。

额外的紧固件是否会损坏零件?

不幸的是,这些额外的紧固件实际上否定了粘接接头的许多主要好处,包括更高的接头刚度和优越的疲劳性能。紧固件和孔洞造成应力集中,而不是将载荷均匀地转移到粘合界面。附加的紧固件增加了重量,它们的孔会通过水、湿度和腐蚀导致环境恶化。

一架波音787梦想飞机停放在华盛顿州埃弗雷特公司工厂的油漆机库中。在2009年,。(伊莱恩·汤普森,美联社)。
一架波音787梦想飞机停放在华盛顿州埃弗雷特公司工厂的油漆机库中。在2009年,。(伊莱恩·汤普森,美联社)。

我们能做些什么来更好地了解关节呢?

一种加速远离鸡铆钉的方法是对粘接结构的损伤增长有更深入的了解。研究人员一直在使用Luna公司的分布式应变传感系统,以评估可能影响粘接接头完整性的难以检测的缺陷和损伤。负荷分布如何均匀?失败是如何开始和发展的?应该使用哪些模型参数来分析这些接头?

月神的ODiSI平台允许应变测量沿连续光纤传感器每毫米捕获,允许您看到应变剖面在整个关节的单一扫描。在静态和疲劳加载过程中,任何缺陷都可以很容易地以陡峭的应变梯度检测出来,并在接头上精确跟踪。此外,小的光纤传感器尺寸适合直接嵌入到粘结线中。这意味着你现在有了关节的微观局部测量。最后,当创建零件的有限元模型时,ODiSI的测量点可以用于提供整个结构的真实校准数据。这与使用表面安装的电子箔计所获得的单一点形成了对比。

其他研究人员发现了什么?

研究的主体是广泛的和不断增长的。密西西比州立大学的研究人员表明,在关节内添加纤维传感器丝毫不会影响粘结强度(https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2016-0239).挪威的研究人员使用分布式传感器在准静态拉伸载荷下跟踪故意缺陷的增长,并跟踪整个脱粘过程的应变梯度(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359836815000086).在一项多国合作的努力中,Ribeiro和他的同事使用ODiSI系统来评估裂解生长的稳定性和速率(https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00218464.2018.1433039).在这些论文中,还建立了相应的有限元模型,并将其用作分布应变测量的交叉参考验证。

参考1:图6。光纤4、5区疲劳试验后的应变分布及与c扫描图像的相关性。
参考1:图6。光纤4、5区疲劳试验后的应变分布及与c扫描图像的相关性。

结论

为了实现轻量化和强度优化,粘接接头的使用不仅在航空航天行业得到了越来越多的关注,在汽车和能源行业也是如此。因此,能够以更可靠和直接的方式评估这些关节的完整性将是非常有益的。

要了解更多关于如何更好地了解粘接部件的行为,请查看我们的ODiSI分布式传感平台。

参考文献

1 fabicio N. Ribeiro, Marcias Martinez & Calvin Rans(2018)采用Central Cut Plies试件和分布式应变传感技术评估II型疲劳剥离,《粘附学报》,DOI:10.1080 / 00218464.2018.1433039