纖維增強復(fù)合材料作為新型多功能材料，具有重量輕、比強度大、比剛度高、耐疲勞、耐磨性能好等特點，尤其是在制造高質(zhì)量的船體結(jié)構(gòu)方面有著巨大的優(yōu)勢。目前常用的船體用復(fù)合材料主要有碳纖維、芳綸纖維和玻璃纖維等復(fù)合材料。實踐表明，復(fù)合材料艦船同鋼制艦船在重量上減輕近50% ，因此復(fù)合材料非常適用于限制重量、有速度要求的高性能船舶等。隨著復(fù)合材料在艦船上的廣泛應(yīng)用，復(fù)合材料與金屬之間的連接問題成為限制發(fā)展的因素之一，常用的機械鏈接和粘接方式存在額外增重、成本高、耐用性無法保證等問題，限制了其應(yīng)用。
復(fù)合材料在船舶結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用
最近，英國焊接研究所（TWI）與行業(yè)顧問GKN Aerospace和Gestamp集團(tuán)共同開展了一個新的針對復(fù)合材料與金屬連接技術(shù)的項目研究。該項目旨在設(shè)計和制造一種復(fù)合材料-金屬界面“過渡”區(qū)域，通過激光鉚接等技術(shù)制造復(fù)合材料-金屬接頭及部件，探索新的解決方案用來連接異種材料。
該技術(shù)的原理如下圖所示，首先通過激光或熱輔助方法在復(fù)合材料板上打孔，然后通過該孔洞輸送激光熔化填充材料用來形成鉚釘，最終通過鉚釘實現(xiàn)復(fù)合材料板與金屬表面的互鎖連接。與傳統(tǒng)的機械鏈接和粘接劑技術(shù)比較，激光鉚接技術(shù)具有生產(chǎn)效率高、避免膠粘劑堵塞、輕量化等優(yōu)勢（與機械連接相比減重50%以下），能充分發(fā)揮復(fù)合材料-金屬部件輕質(zhì)、高強、耐腐蝕、耐高溫、高承載阻力等優(yōu)點，為復(fù)合材料在船舶連接結(jié)構(gòu)上應(yīng)用提供了新的思路和借鑒。
激光鉚接技術(shù)原理圖
據(jù)相關(guān)報道，該項目還將開展對混合連接技術(shù)、材料性能評估、識別后處理技術(shù)等過程的綜合技術(shù)評估研究工作。 此外， 與傳統(tǒng)技術(shù)不同的是，項目中用到的數(shù)值模型的準(zhǔn)確性是通過實驗數(shù)據(jù)，結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對比等綜合結(jié)果進(jìn)行驗證的。
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