개요
복합 접합 기술은 중요하지만 상대적으로 약한 링크 복합재 구조물의 설계 및 제조에 있어 중요한 역할을 합니다. 복합재는 이방성, 취성, 그리고 낮은 층간 강도를 가지고 있기 때문에 접합 설계가 금속 구조물과 크게 다르며, 특별한 주의가 필요합니다. 주요 접합 방법은 세 가지 그룹으로 분류할 수 있습니다.

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1. 기계적 접합
원칙: 기계적 패스너(볼트, 나사, 리벳 등)를 사용하여 복합재료와 복합재료 또는 복합재료와 금속 부품을 연결하며, 일반적으로 드릴로 구멍을 뚫어야 합니다.

장점:
- 높은 신뢰성과 검사성: 관절 상태를 눈으로 확인하여 검사 및 유지관리가 용이합니다.

- 하중 전달 능력: 1차 하중 지지 구조물이나 고하중 지역에 적합합니다.

- 낮은 표면 준비 요구 사항 접착제 접합과 비교해서.

- 환경 요인에 덜 민감함 예를 들어 습도와 온도 등.

단점:
- 응력 집중: 드릴링은 섬유의 연속성을 끊고 구멍 가장자리에 응력 집중을 발생시키며, 이는 파손의 주요 원인입니다.

- 추가된 무게: 패스너와 보강재(와셔, 부싱)는 구조적 무게를 증가시킵니다.

- 손상 위험: 드릴링으로 인해 박리, 섬유 풀림 또는 매트릭스 미세 균열이 발생할 수 있습니다.

- 전기화학적 부식: 탄소 섬유 복합재에 금속 패스너를 사용하는 경우 티타늄이나 스테인리스 스틸과 단열재가 필요합니다.

- 피로수명 감소 구멍 가장자리 응력 집중으로 인해.

주요 기술 사항:
- 패스너 선택: 재료(티타늄 합금, 스테인리스 스틸, 합성 패스너), 유형(하이록 볼트, 블라인드 리벳, 하이라이트 리벳), 머리 모양(카운터싱크 대 돌출형).

- 구멍 준비: 정밀 저손상 드릴링(다이아몬드 코팅 드릴, 백킹 플레이트, 최적화된 매개변수), 워터젯 레이저 드릴링.

- 맞다: 여유 있는 맞춤이 바람직하며, 간섭 맞춤은 박리가 발생할 수 있습니다.

- 토크 제어: 정확한 예압 제어로 복합재의 풀림이나 눌림을 방지합니다.

- 디자인 규칙: 엄격한 모서리 거리, 피치 및 간격 지침.

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2. 접착 결합
원칙: 접착제를 사용하여 복합 부품을 결합합니다.

장점:

- 응력 집중 없음: 섬유 연속성이 유지되고 하중 분포가 균일합니다.

- 가벼움: 고정 장치나 구멍이 없어 전체 무게가 줄었습니다.

- 우수한 피로 성능 균일한 응력 분포로 인해

- 밀봉 및 감쇠 특성: 접착층은 두 가지 모두를 제공합니다.

- 얇은 벽과 복잡한 형상에 적합 .

- 매끄럽고 아름다운 표면 .

단점:
- 높은 표면 준비 요구 사항: 이형제와 오염 물질을 제거하는 것이 중요하며, 표면 처리(샌딩, 그릿 블라스팅, 용제 세척, 프라이머, 플라즈마)가 필수입니다.
- 강도 변화성: 공정 품질(표면 준비, 혼합, 경화)에 크게 좌우됩니다.
- 검사 및 분해가 어려움: 경화된 관절은 비파괴적으로 평가하고 제거하는 것이 어렵습니다.
- 환경 민감성: 접착력은 덥거나 습한 환경에서는 저하됩니다.
- 껍질과 분열 부하가 약함 전단 하중과 비교해서.
- 엄격한 경화 요구 사항 (온도, 압력, 시간)

주요 기술 사항:
- 접착제 선택: 사용 온도, 하중 유형(전단, 박리, 인장), 인성, 경화 조건(에폭시, 아크릴, 폴리우레탄, 시아노아크릴레이트)에 따라 다릅니다. 용도에 따라 필름 접착제와 페이스트 접착제가 있습니다.

- 표면 준비: 접합 신뢰성의 초석으로 표준화된 공정이 필요합니다.

- 조인트 디자인: 전단 하중(단일 겹침, 이중 겹침, 스카프, 계단형 접합)을 최적화하고, 박리 응력을 최소화하고, 접착제 두께를 제어합니다.

- 경화 공정 제어: 정확한 온도, 압력, 가열 속도 및 유지 시간.

- 비파괴 검사: 초음파, 방사선 촬영, 열화상 촬영.

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3. 하이브리드 조인
원칙: 동일한 접합 부위에 접착 접합과 기계적 고정을 결합합니다.

장점:
- 더 높은 효율성과 안정성: 접착제는 하중을 균일하게 분산시키고, 패스너는 실패 방지 기능을 추가합니다.

- 피로 성능 향상: 패스너는 균열 성장을 억제합니다.

- 더 높은 손상 내성: 다중 하중 경로.

- 패스너 구멍 정밀도 감소 접착제 충전으로 인한 요구 사항.

단점:
- 더 무겁고 더 복잡하다 접착제만으로 접합하는 것보다 낫습니다.

- 더 높은 비용과 프로세스 복잡성 .

- 잠재적인 상호작용 : 패스너를 조이면 경화되지 않은 접착제가 손상될 수 있으며, 접착제 수축으로 인해 예압에 영향을 미칠 수 있습니다.

응용 프로그램: 항공기 날개와 동체 연결부 등 가장 높은 안전성과 신뢰성이 요구되는 중요한 접합부입니다.

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복합재 조인트 설계의 주요 고려 사항

- 하중 조건: 장력, 압축, 전단, 벗겨짐, 피로, 충격.

- 재료 특성: 층 방향, 적층 순서, 두께, 접합된 재료의 유형(복합재-복합재, 복합재-금속).

- 환경적 요인: 온도, 습도, 화학물질, 자외선 노출.

- 제조 가능성: 실현 가능성, 비용, 생산 주기.

- 검사 가능성 및 유지 관리 가능성: 비파괴 검사가 가능하고 수리/분해가 용이합니다.

- 무게: 무게를 최소화하는 것은 복합재료의 핵심 목표입니다.

- 비용: 재료, 제조, 유지관리.

- 실패 모드: 접합부는 취성 파괴(예: 망장력, 박리, 계면 접착제 파괴)를 피하는 동시에 예측 가능하고 비재앙적인 파괴 모드(예: 볼트 베어링 파괴, 응집성 접착제 파괴)에 맞게 설계되어야 합니다.

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복합재 접합 기술의 동향
- 고급 접착제: 향상된 온도 저항성, 인성 및 내구성, 더 나은 표면 처리 방법(예: 플라즈마), 더 신뢰할 수 있는 NDT 기술(유도파, 비선형 초음파).

- 고급 기계적 접합: 저손상 드릴링, 복합 패스너, 감지 기능이 있는 스마트 패스너.

- 하이브리드 조인트 최적화: 접착제-볼트 상호작용에 대한 심층 연구와 정교한 설계 도구.

- 통합/공동 경화 구조: 설계 및 제조 혁신(예: 3D 직조, 스티칭, Z-핀)을 통해 조인트 필요성을 줄입니다.

- 수치 시뮬레이션: 손상, 접촉 및 접착 동작을 포착하는 고정확도 유한 요소 모델입니다.

- 스마트 조인트 / SHM: 실시간 모니터링을 위해 관절 부위에 센서를 내장했습니다.

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결론
복합재료에 대한 보편적인 접합 방법은 없습니다. 선택은 적용 요구 사항, 하중 조건, 환경, 비용, 제조 가능성 및 유지 관리 요구 사항에 따라 달라집니다.

- 접착제 접합 중량 감소, 응력 분산, 피로에 이점이 있지만 엄격한 공정 관리가 필요합니다.

- 기계적 고정 신뢰성, 검사성, 하중 전달 측면에서 뛰어나지만 응력 집중과 무게가 증가합니다.

- 하이브리드 조인트 두 가지의 장점을 결합하여 안전 여유가 가장 중요한 중요한 애플리케이션에 사용됩니다.

각 방법의 원리, 장점, 단점, 기술적 요구 사항을 이해하는 것은 복합 구조물의 성공적인 설계와 적용에 필수적입니다.