如果你能利用最好的材料，把它们按你需要的方式组合起来，生产出你能想象到的最高效、最轻的结构，那会怎样呢?如果你可以用粘合剂组装这些结构呢?你可以，用纤维增强复合材料。

如果你能利用最好的材料，把它们按你需要的方式组合起来，生产出你能想象到的最高效、最轻的结构，那会怎样呢?如果你可以用粘合剂组装这些结构呢?欢迎来到21世纪。

纤维增强复合材料的发展并不等同于炼铁，但复合材料的出现极大地改变了材料工程的范围。木材是最常见的复合材料，建筑商需要根据单向纤维素纤维的拉伸和压缩性能来设计结构。通过使用更多或更厚的部件，克服了平面外弯曲缺陷，尽管重量有所减少。

复合结构允许定向光纤放置来调谐负载管理，因为大多数性能来自纤维。树脂基质将纤维一起保持在一起。碳纤维增强复合材料的拉伸模量大致等于铝的拉伸模量，但仅为60％的重量。它们具有大约40％的钛的20％的一半，钢的约30％以30％的重量。因为复合材料通常是层状结构，所以只有通过树脂保持在一起的层，其平面外拉伸性受到树脂的InterlaMar剪切性质的限制。然而，如果零件正确设计，它们具有吸引力，僵硬和体重管理。

在复合材料无法处理结构载荷的那些情况下，它们可以与混合设计中的金属结合。机械紧固件是最常见的连接方法。然而，作为有限元分析（FEA）技术促进置于置信度水平的粘结混合结构开始出现。组合建模与测试表明了粘合复合金属结构的性能优势。

为了产生粘合的混合结构，必须考虑复合材料的定向性能以设计复合金属接头。粘合剂在剪切装载时良好工作，因此联合区域中的复合纤维对准应有利于剪切载荷转移。类似地，关节设计应阻止面外剥离载荷，这对于粘合剂是不希望的。过度指导可以允许对复合材料和粘合剂的温度和湿度影响。金属必须具有足够的腐蚀保护和引发以保持键的完整性。

有限元建模使我们能够利用材料的测量特性，以及在性能包络线的标准和极端情况下的联合性能模型来解开这种复杂性。证明结构可以用来测试模型在环境和极端条件下的有效性。然后可以对模型进行迭代更改，并重复该过程，直到确认模型的可预测性。

虽然很复杂，但一旦工具被了解并实践，该方法就变成了一项工程实践。正如我们在EWI有幸经历的那样，我们可以取得良好的结果。我们已经不止一次地证明，粘合结构在节省重量、材料和制造成本方面的性能超过了机械紧固件。良好的工程设计迫使复合材料失效，这意味着粘合剂粘结比材料更牢固、更耐用。

这就够好了!

一旦机械问题解决了，还有可靠性问题。不可否认，在预测胶粘剂的性能方面存在一个问题。保守的方法是采用材料的最差性能，并围绕这些性能进行设计。增加关节尺寸会造成重量损失，但会增加安全系数。一旦模型预测和结构确认所需的安全系数，设计师就可以有信心，即使在严重的荷载越界情况下，节点也将表现出预期的性能。

另一种置信化建设者是使用非破坏性评估（NDE），最常见的超声波检查。混合接头的超声波NDE是具有挑战性的，因为材料具有不同的性能，超声波对材料模量敏感。这些关节通常只能从一侧进入，这意味着询问波通过金属传播，然后粘合剂，反射复合，并反射回来。多个接口产生多个反射和相当大的衰减。相控阵和信号处理技术会在复杂的关节中产生增强的检测和分辨率。

“如果”正在允许道路的日子，“我们什么时候开始。”先进的建模，交互式测试和NDE为复合金属混合结构的设计和使用提供了新的机会。21世纪已经到来。