[实用新型]一种金属/复合材料钉型连接结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及复合材料结构，特别涉及一种金属/复合材料钉型连接结构。

背景技术

目前国内外复合材料在航空、航天领域的应用越来越广泛，复合材料具有重量轻、比强度高、比模量大、可设计性强、抗疲劳性能好、耐腐蚀性能优越等优点，在各种武器装备的轻量化、小型化和高性能化上起到了无可替代的作用，但复合材料在机身、弹体关键受力部位处满足不了使用载荷要求，此情况大多换用金属件承载，再进行金属与复合材料的连接。

复合材料与金属的连接主要有胶接、机械连接、胶接与机械混合连接等方式，其中胶接工艺简单，便于部件整体成型，但胶接连接许用载荷小，且受使用环境温度的限制，并存在界面胶层老化失效的缺点；机械连接强度高，但操作中会打断复合材料纤维，影响构件的整体性能；采用胶接与机械混合连接可有效提高金属/复合材料连接强度，具有二者的优点，但同时也存在复合材料纤维打断的现象。

实用新型内容

本实用新型的目的是，正是针对现有技术状况，而设计提供了一种新型的钉型连接结构，具有胶接与机械混合连接的优势，同时由于不打断复合材料纤维，其承载能力得到较大提高，可解决飞行器关键受力处金属/复合材料的连接问题。

本实用新型的技术方案的具体内容是：一种金属/复合材料钉型连接结构，它由金属件、金属凸钉、复合材料蒙皮、蒙皮纤维、胶层组成，金属件表面设有金属凸钉，复合材料蒙皮中的蒙皮纤维绕金属凸钉通过胶层与金属件胶接。

本实用新型的优点在于，采用金属件胶接区表面金属凸钉插入复合材料纤维层，使得金属与复合材料的胶接接触面积增大，原位置的纤维绕过金属凸钉，保持其连续性。当金属与复合材料连接处受力时，金属凸钉通过拉扯复合材料纤维，使金属与复合材料之间胶层、同层纤维与纤维之间胶层、纤维层与纤维层之间胶层一起承受外力载荷，能极大的提高连接强度。

附图说明

图1是本实用新型的金属/复合材料钉型连接结构示意图。

图2是本实用新型的金属凸钉2处纤维分布图。

图3是本实用新型的钉型连接金属件与复合材料之间胶层示意图。

图中：1-金属件、2-金属凸钉、3-复合材料蒙皮、4-蒙皮纤维、5-胶层。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明，参见图1—图3，一种金属/复合材料钉型连接结构，它由金属件1、金属凸钉2、复合材料蒙皮3、蒙皮纤维4、胶层5组成，金属件1表面设有金属凸钉2，复合材料蒙皮3中的蒙皮纤维4绕金属凸钉2通过胶层5与金属件1胶接。

按照本料用新型的技术方案进行试验件设计和生产，具体实施方式如下：在金属件1与复合材料蒙皮3的胶接面上加工出金属凸钉2，外表带有金属凸钉2的金属件1胶接前5小时内进行混酸阳极化处理，然后将复合材料蒙皮3中的复合材料编织布蒙皮纤维4预浸料缠绕铺放在金属凸钉2区胶结面上，最后进热压罐固化成型，加热温度175±5℃，固化保温7小时，出炉温度60℃。

金属件1与复合材料蒙皮3留30mm胶接宽度，凸钉高3mm，设计为正四面锥形体，底面积为1.2mm×1.2mm，凸钉的排布间距为3.5mm×3.5mm，复合材料蒙皮3胶接处厚度5mm。

其方法步骤是：

1、制作带有金属凸钉2的金属件1，使金属凸钉2均布于金属件1的表面；

2、在金属件1进行胶接前5小时内作混酸阳极化处理；

3、在金属件1的金属凸钉2区域上涂敷树脂NY9200GB胶层5；

4、将复合材料蒙皮3中的编织布预浸料树脂NY9200GB蒙皮纤维4缠绕铺放在金属件1的金属凸钉2区域上；

5、最后进热压罐通过加热温度175±5℃，固化保温7小时，出炉温度60℃固化成型。

按照普通胶接方式与钉型连接方式各生产若干试验件，取金属/复合材料连接的典型轴向剪切载荷进行连接强度试验：

试验数据可知，钉型连接比网纹连接强度提高40.1％，比普通连接提高220.5％，可使用于大载荷条件下金属件与复合材料构件的连接。

在金属件胶接表面直接加工出金属凸钉，对比胶接与机械混合连接方式，钉型连接不需要额外的连接件，不靠金属件与复合材料之间的压紧力提高连接强度，不破坏复合材料纤维的连续性。