對接接頭
對接接頭的兩部分常會被接頭軸向作用力拉開,但常作為一種測試方法使用。通常使用圓柱形被粘物,有時也用截麵為方形的被粘物。正如已經強調指出的,在設計構件時最好避免采用這種接頭型式,但作為一種測試方法,適用於確定接頭承受劈裂作用的性能。對接接頭可以承受扭轉變形時的剪應力,難以承受軸向拉力。如果外加的隻有扭轉載荷,則對接接頭是一種理想的接頭型式。對接接頭承受的最大應力由圓柱形構件的直徑確定。
對接接頭的非軸向載荷會直接導致劈裂應力,這與隻作用在試件一端由軸向拉伸引起的應力集中不同。所有的接頭型式都可以認為是上述兩種接頭型式改進和完善的產物,在以後的章節中我們將予以詳細論述。
毛邊,膠接接頭自由邊緣處的膠粘劑溢出被粘物後形成的膠填角,即為膠粘劑毛邊(簡稱毛邊)。在結構中毛邊所起的重要作用,也應予以認真考慮。尤其是在溶化和浸潤的金屬上,如果使用的膠粘劑不能滲到蜂窩結構上與底板形成如圖3所示的膠粘劑毛邊,這種結構材料所構成的蜂窩結構就不能正常地發揮作用。按上述要求形成的接頭比隻有邊緣與底板相連接的接頭(即沒有膠粘劑毛邊、在應力分布上要好得多。液體膠粘劑的流變特性會使它在固化操作期間形成並保持毛邊,但這一特性並不是所有的材料都具有的。用聚合物作為膠粘劑時,則需要使用添加劑來誘發產生這一特性。
金屬和其它結構材料,到目前為止,所討論的是假設結構材料為各向同性的或者材料是低碳鋼或鋁材。所有的金屬材料都能用膠粘劑連接,但金屬表麵需要預處理(極個別的例外),而且有些金屬表麵的預處理要求比其它的金屬更為嚴格。
木質材料通常用木膠進行連接,但人們還沒有充分地認識到木膠的作用基本上是填充縫隙而不是承受載荷。傳統的細木工接頭,總是在木對木的接觸麵上施加以主應力,使其間的膠層處於受壓狀態。膠層的應力作用將使結構達到穩定性和具有一定的剛度。按傳統方法連接的木椅,在不用膠粘接的情況下也能起到椅子的作用。但是,在構件組合的鬆動點處缺乏剛度且容易拆卸。同樣,將抽屜邊板與前板用榫接合但不上膠,抽屜雖能發揮相同的功能,但不很牢固。在家具之外,木材在工程中的應用越來越多,而且單個構件使用的木材能達到很長的長度。因此,木結構的接頭就必須能承受拉力和剪力的作用。在木結構中也用銷子連接構件,但銷子是由專用機器精加工而成的。采用複式榫接接頭或銷接接頭是木結構最有效的連接方法。
玻璃鋼和碳纖維增強層壓塑料通常可製成所需要的形狀,而不需再用連接的方法將分散的構件組裝成完整的產品。這種情況是由於在特殊產品中使用了相對昂貴的材料,這些材料容易製成結構複雜的形狀和部件,以及市場上缺乏相當於工字梁、角鋼或較軟金屬的擠壓製件等一類的標準結構件而產生的。如果能根據需要提供通用的定型軋材,加之連接技術的改進,將能很好地彌補標準結構件的不足。當需要將玻璃鋼或碳纖維增強層壓塑料與金屬相連接時,通常是使用膠粘劑來達到這一目的。因為隻有膠接才能使非金屬構件精確地與金屬表麵形狀相吻合,以提供符合應力等值線的外形輪廓。沿材料厚度方向使用機械連接方法進行連接,會導致應力高度集中。而采用應力等值線設計外形輪廓,可使應力集中現象消失。應力從金屬向玻璃鋼或碳纖維增強層壓塑料板的傳遞,證明了將膠粘劑用於不同材料間的接合是容易實現的,尤其是在材料接觸部位可能產生腐蝕或材料在接觸中的磨損部位(例如,橡木和低碳鋼或碳纖維增強層壓塑料和一些栓接或鉚接會腐蝕的金屬間的接合),采用膠粘劑特別適合。此外,膠粘劑對構件來說還具有電絕緣性。
使用膠接的判定
結構有許多通用特性,可以用來確定膠接是否是合適的連接方法:
(1)結構物是否需要拆開修理、維護或檢查?
一個由膠粘劑連接的結構物,大多數情況是不能拆開並重新組裝。這樣,法碼可以不需注意材料的表麵淨化和重複進行表麵處理。因為結構物拆卸意味著材料的分離,以致使材料的接觸部分不再符合公差及配合的要求。因此,可用膠粘劑代替螺栓和螺母製成的子配件,從經濟上考慮,可以設計成不需要拆開而可扔掉的部件。