Tabla 2.1 características de aplicación de diferentes modos de conexión y rango de uso

Tabla 2.1 características de aplicación de diferentes modos de conexión y rango de uso

3, diseño de conexión

3.1 conexión mecánica

La unión mecánica de materiales compuestos se refiere a la apertura parcial del material compuesto por piezas de conexión y luego su fijación y conexión en una sola pieza con remaches, pasadores, pernos, etc. En la unión de materiales compuestos, la unión mecánica sigue siendo el método de unión predominante. El diseño de la conexión mecánica, además de considerar qué tipo de sujeción elegir y la forma de conexión, también analiza y diseña en detalle los parámetros geométricos de la conexión, la colocación de la zona de conexión, la protección contra la corrosión galvánica y otros aspectos.

Definición de los parámetros geométricos en la conexión mecánica, como se muestra en la figura 3.1.

Figura 3.1 parámetros geométricos de la conexión mecánica

Para evitar un modo de rotura de baja intensidad en las uniones mecánicas de materiales compuestos y tener una alta resistencia, los parámetros geométricos de las placas unidas deben ser seleccionados generalmente de acuerdo con la tabla 3.1.

Tabla 3.1 elección de los parámetros geométricos en las conexiones mecánicas

El diseño del pavimento en la zona de conexión debe tener en cuenta una gran concentración de tensiones en la circunferencia del orificio, lo que reducirá significativamente la capacidad de carga de la conexión mecánica. Para mejorar la resistencia y la flexibilidad de las conexiones mecánicas de materiales compuestos, el diseño de la colocación en la zona de conexión generalmente debe seguir los siguientes principios:

A) se aplica una pavimentación equilibrada y simétrica. El recubrimiento equilibrado y simétrico elimina las tensiones internas y la deformación resultante de los coeficientes de expansión térmica de los materiales compuestos en la dirección de las fibras y en la dirección vertical durante el curado a temperatura;

B) la proporción de la capa de ±45° no es inferior al 40%, la proporción de la capa de 0° no es inferior al 25%, la proporción de la capa de 90° es de 10 ~ 25%;

C) la colocación en la misma dirección, debe extenderse lo más uniformemente posible a lo largo de la dirección del espesor del laminado, de modo que el ángulo entre las fibras de las capas adyacentes sea mínimo;

D) el engrosamiento local de la zona de conexión asegura suficiente fuerza en la zona de conexión;

E) la colocación de ±45° capa en la superficie del laminado puede mejorar la resistencia a la compresión y al impacto. La colocación de 0° capa en la superficie es beneficiosa para la transferencia de carga;

F) se debe evitar empalmar las fibras en el área de conexión;

G) en la zona de transición de carga, debe haber una cantidad igual de capas de +45° y -45° a ambos lados del mesoplano.

En el diseño de la conexión mecánica, se deben adoptar medidas fiables contra la corrosión galvánica. Se debe prestar atención al papel del montaje húmedo, ya que no solo puede ser anticorrosivo, sino que también puede compensar el daño del proceso que es difícil de evitar completamente en el remachado. La protección común consiste en revestir las partes de contacto entre el material compuesto y el elemento metálico con un paño de vidrio, encolado o pintado, etc., como se muestra en la figura 3.2. Partes importantes o perecederas, las juntas deben ser completamente selladas para la protección contra la corrosión. Este tipo de conexión también es una conexión híbrida.

Figura 3.2 diseño de los sujetadores contra la corrosión galvánica

3.2 conexiones pegajosas

La unión de pegamento de materiales compuestos se refiere a la conexión de piezas en un todo no desmontable con la ayuda de adhesivos. Es una tecnología de proceso de conexión más práctica y efectiva, que se aplica generalmente en la conexión estructural de materiales compuestos. Conexión pegajosa además de considerar la elección de qué tipo de adhesivo y la estructura de la forma de conexión, el buen diseño de la junta adhesiva del mismo modo afectará directamente a las propiedades adhesivas y la fuerza.

Los adhesivos estructurales de materiales compuestos automotrices generalmente utilizan tres categorías de aglutinantes basados en resina epoxi, resina de poliuretano y resina de acrilato. Estas tres categorías de aglutinantes también tienen sus propias características en el uso y deben ser seleccionados de manera diferente para diferentes materiales y requisitos de uso.

La forma de diseño de la estructura de la junta de conexión adhesiva también es variada, de acuerdo con la forma de la materia pegajosa se puede dividir en un velcro plano, velcro angular, T y tubo, stick y otras formas de adhesión; De acuerdo con el modo de unión del material, también se puede dividir en acoplamiento, sobrecolocación, inserción, sobrecolocación escalonada y así sucesivamente. Desde el punto de vista de la forma conjunta, generalmente se considera que la estructura de enchufe es más ideal, seguida por la junta de sobrecolocación y la junta de sobrecolocación oblicua. Sin embargo, en la aplicación práctica, principalmente de acuerdo con la estructura de los productos pegados y las partes que necesitan ser pegadas y determinadas específicamente.

Definición de los parámetros geométricos de la unión adhesiva. En el caso de una unión univelcro de espesor igual sujeta a una carga de tracción P, los parámetros geométricos de la unión son: espesor t de la unión adhesiva, espesor h de la capa adhesiva y longitud L de la unión adhesiva.

Figura 3.3 parámetros geométricos de la unión adhesiva

El espesor t de la pieza encolada se determina generalmente por la carga P a transferir. El espesor de la capa adhesiva h tiene cierta influencia en la resistencia de la unión. Aumentar el espesor de la capa adhesiva, puede reducir la concentración de tensión y mejorar la resistencia de la conexión; Pero el grueso demasiado grande es fácil producir defectos tales como burbujas de aire, el reverse hace que la fuerza disminuya. La capa adhesiva delgada entonces requiere un alto grado de ajuste entre las partes encoladas, por lo que también no debe ser demasiado delgada, generalmente 0.2 ~ 0.5mm es conveniente. La longitud de la junta del área adhesiva L generalmente 15 ~ 20mm es conveniente.

3.3 conexiones híbridas

La unión adhesiva y la conexión mecánica se combinan, desde la tecnología del proceso estrictamente para garantizar que ambos se deformen de manera consistente y estén cargados al mismo tiempo. Su capacidad de carga y durabilidad se mejorarán en gran medida, por lo que se pueden excluir las desventajas inherentes respectivas de los 2 métodos de conexión. La conexión híbrida se utiliza principalmente para mejorar la seguridad de rotura, la reparación de la conexión de pegamento, mejorar el rendimiento de pelado de pegamento, etc.

Los adhesivos dúctiles se seleccionan para que la deformación de la unión adhesiva se armonice con la deformación de la unión mecánica. Por lo general, la deformación de las uniones mecánicas es siempre mayor que la deformación de las uniones adhesivas (deformación dentro de los dedos), lo que resulta bastante difícil de cumplir.

La precisión del ajuste del sujetador con el agujero debe ser alta. Si la capa de pegamento es muy frágil, y el ajuste del sujetador y el agujero no es lo suficientemente preciso, entonces la deformación por cizalladura del espécimen conectado es grande, causará primero la rotura por cizalladura de la capa de pegamento, seguido por la rotura por cizalladura del sujetador o la rotura por compresión del agujero, no puede alcanzar el efecto deseado.

El diseño de las conexiones estructurales híbridas metal-composite generalmente sigue los requisitos del diseño de conexiones de material compuesto completo. El ajuste de interferencia generalmente no se recomienda para materiales compuestos completos. Sin embargo, en una estructura mixta metal-composito-metal, un ajuste de interferencia apropiado puede ser empleado para mejorar las propiedades de fatiga del metal.

4 ejemplos de diseño de ingeniería

A continuación se presentan ejemplos de aplicaciones de diseño de conexión para estructuras típicas de automóviles.

En el diseño de la conexión entre el panel exterior de la circunferencia trasera del material compuesto y la viga longitudinal del umbral de un tipo de vehículo, dado que la conexión es la estructura de carga principal de la carrocería, la carga es grande y se puede desmontar, se utiliza el método de conexión perno, como se muestra en la figura 4.1. Las juntas se colocan debajo de los pernos y tuercas para reducir el daño alrededor de los bordes del agujero y evitar defectos tales como hoyos y grietas en la superficie de la estructura compuesta debido a un momento de apriete excesivo.

Figura 4.1 ejemplo de diseño de una conexión mecánica

Figura 4.2 es para ZhengCheChang determinado después de los materiales compuestos de ejemplos de proyectos de desarrollo, como la cobertura fuera de una menor espesor y delgado, que utiliza adhesivo conexión para satisfacer los requisitos de intensidad, silvestre y después las maletas entre tapa dentro y fuera de diseño al borde de UN adhesivo conexiones selladas, dentro de intensificar el artículo negativo al borde de también procesamiento pegados uno.

Figura 4.2 ejemplo de diseño de una unión adhesiva

En el diseño de la conexión de la placa de refuerzo de la placa interna de la cubierta de la maleta después de un material compuesto de un modelo, teniendo en cuenta la falla de la conexión pegajosa local y garantizar la seguridad de la rotura, el diseño se realiza mediante la conexión de mezcla de pegamento y tornillo, como se muestra en la figura 4.3. La superficie de laminación local de la placa de refuerzo y la placa interna se conecta primero por pegamento. La unión de pernos se realiza inmediatamente cuando el adhesivo no está curado, lo que ahorra tiempo de montaje y realiza la producción de lote.

Figura 4.3 ejemplo de diseño de conexión híbrida

5. La conclusión

A través de la experiencia práctica de un gran número de proyectos de investigación y desarrollo de productos relacionados, se puede saber que las tres tecnologías de diseño de conexión descritas anteriormente pueden satisfacer las necesidades actuales de diseño y desarrollo de productos compuestos de fibra de carbono. Para la selección de diferentes formas de conexión, es necesario determinar de acuerdo con el uso específico de los componentes y los requisitos de diseño. Con el desarrollo de los indicadores de peso ligero y el proceso de producción de aprobación de productos de materiales compuestos automotriz, la tecnología de diseño de conexión de materiales compuestos todavía tiene muchos lugares que deben actualizarse y mejorarse constantemente, y tiene una gran importancia para promover la industrialización de nuevos vehículos de energía. Tecnología de diseño de conexión de piezas de automóvil composites

Resumen: Con la aplicación cada vez más amplia de los materiales compuestos automotrices, el ensamblaje combinado entre piezas de automóviles compuestos y la conexión entre componentes compuestos y componentes metálicos se ha convertido en un problema inevitable. La industria automotriz no puede adaptarse a las necesidades objetivas del modo de conexión entre las piezas de metal tradicionales. En este caso, Es necesario que comprendamos y mejoremos continuamente la forma en que los materiales compuestos automotrices se unen y se fijan, y que hagamos una elección razonable. A través del análisis y discusión de la estructura típica local del automóvil, este artículo resume varios métodos de diseño convencional y las ideas que son aplicables al montaje y conexión de piezas de material compuesto de fibra de carbono para automóviles.

1. Introducción

La tecnología de peso ligero automotriz es una de las formas efectivas de ahorrar energía y mejorar el rendimiento de conducción del vehículo. También es uno de los objetivos técnicos clave perseguidos por los fabricantes de automóviles nacionales y extranjeros. La posición de los materiales compuestos en el peso ligero automotriz es muy importante. Debido a la naturaleza especial de su proceso de moldeo en comparación con el proceso de moldeo de metal, teniendo en cuenta las necesidades en diseño, proceso, reparación, transporte, y desde las necesidades reales de fabricación, montaje, uso y mantenimiento, la estructura de material compuesto también retiene una gran cantidad de superficie de separación de diseño y superficie de separación de proceso, Estas superficies de separación requieren una conexión de montaje con otras piezas estructurales de material compuesto o piezas estructurales metálicas durante la fase de montaje. En comparación con las estructuras metálicas, los materiales compuestos presentan debilidades tales como baja resistencia al cizallamiento entre las capas y baja resistencia al impacto, lo que determina la dificultad de ensamblaje y conexión de sus estructuras y las altas exigencias técnicas. La elección racional y el uso del método de conexión del material compuesto es una de las condiciones importantes para mejorar la resistencia de las piezas estructurales de material compuesto, reducir el peso de la estructura y dar pleno juego a las excelentes características del material compuesto.

En este artículo se describen y analizan ejemplos típicos de la estructura local del automóvil, se resumen varias técnicas de diseño aplicables a la conexión de montaje de piezas de material compuesto continuo de fibra de carbono del automóvil, es decir, conexión mecánica, conexión adhesiva y conexión híbrida de dos maneras 3 métodos.

2. Elección del método de conexión

En la tecnología de diseño de conexión de material compuesto, qué método de conexión se elige, depende principalmente de los requisitos de uso reales. En general, además de tener en cuenta la magnitud de la carga transportada, la importancia de las piezas de conexión, las propiedades materiales de las piezas unidas, etc., también se consideran las condiciones ambientales, detectabilidad, desmontabilidad y reparabilidad, así como la viabilidad y los costos de fabricación. Las características de aplicación y la gama de conexiones mecánicas, adhesivas e híbridas se enumeran a continuación, como se muestra en la tabla 2.1.