[发明专利]高适应性的复合材料管件接头

说明书

技术领域

本发明涉及一种高适应性的复合材料管件接头，是一种复合材料管类构件接头的设计方案。适用和尤其适用于采用厚壁复合材料管构件设计的复杂空间桁架结构。本发明还涉及这种高适应性的复合材料管件接头设计方案及连接方法。

背景技术

复合材料管材（如碳纤维管、玻璃纤维管等）已经大批量商业化生产，但复合材料管材质不适合机械加工，很难实现复杂结构所要求的接头。目前复合材料管类构件接头的设计，按材料和成型工艺分，通常主要有四类：一是短纤维模塑接头，即在复合材料管构件成型时同时形成接头。这种方法可以成型复杂的接头形式，但传递的集中载荷不大；二是长纤维缠绕接头，即将长纤维缠绕在连接螺栓衬套上，形成可以承受很大拉伸载荷的接头；三是层压板接头，即在层压板连接部位局部采用铺层加强，固化成型后机械加工制孔，形成层合板接头。接头与层合板结构融为一体，可以承受较大的拉伸、压缩及剪切载荷；四是预成型结构件接头，这种接头与结构融为一体共同设计，整体成型。另外，采用三维编织或厚度方向增强结构复合材料技术来设计接头结构形式是新兴的研究方向。

复合材料管接头常用金属材料为铝合金、钛合金、低热膨胀系数合金，如殷钢。复合材料接头结构形式设计的基本原则是承载能力高、工艺简单、可靠。上述复合材料管接头设计存在工艺复杂、加工制造困难，灵活性不够，特别是不能适应接头形式复杂多变的场合。

发明内容

为了克服复合材料管接头的上述缺点，本发明提供一种高适应性的复合材料管件接头的设计方案，以及这种高适应性的复合材料管件接头的连接方法。本发明是基于金属连接件的通用、灵活和适应性强的复合材料管接头设计方案。

本发明所采用的技术方案是：一种高适应性的复合材料管件接头，其特征在于，该复合材料管件的至少一端为锥形连接段（也称为“连接端” 、“锥度部分”或者“有缝隙的一端”），该锥形连接段为外锥状或者内锥状；在该锥形连接段上，沿周向均匀地设有若干条缝，各缝之间平行；同时，设有与该复合材料管件配合使用的金属锥管与金属收紧锥套（也称金属收紧锥管）；所述的金属锥管分三段：第一段是锥度部分，中段是外螺纹部分，第三段为连接段部分；所述金属锥管中段部分的外螺纹底径稍大于复合材料管的外径；所述锥度部分小端的直径等于复合材料管的内径；所述锥度部分的长度等于复合材料管的管口加工的缝的深度；所述的金属收紧锥套分两段：小端的一段设有内锥度，其内锥度和“所述金属锥管锥度部分与复合材料管件锥形连接段的锥度相加以后形成的锥度”一致；金属收紧锥套小端直径等于所述复合材料管的外径；所述金属收紧锥套的大端的一段设有内螺纹，该内螺纹与所述金属锥管中段的外螺纹相配合。

所述金属锥管的连接段部分用于该金属锥管与其他零件或部件的连接，连接段的结构按照连接要求而设定：可以采用螺纹、卡口或法兰盘等形式。

换言之，本发明的方案是：首先，针对管接头，参见图1，在复合材料管（比如碳纤维管、玻璃纤维管等）的两端，在欲设计接头的连接端管壁上，预先采用机械加工的方式，将复合材料管连接端车削成较薄的锥形管，并沿周向均布地加工适当深度的若干条缝。如图2所示，可以采用车削复合材料的外壁或内壁两种方式。这样，如图3所示，就可以将开缝部分的复合材料管扩张或者收缩成一个锥状体，且车外壁的采用收缩的方式，管端将形成外锥状；而车内壁的采用扩张的方式，管端将形成内锥状。

然后，用金属材料制成一个锥管接头，参见图4、图5及图6，该金属锥管分三段：第一段是小斜度的锥管，中段是外螺纹，第三段可以是按要建造的复合材料结构的要求加工成的任何结构形式，如图4中，示例的是球节点，锥管一端通过螺纹与球节点相联接。

如图5和图3b所示，对于车削内壁的复合材料管，所用金属锥管的大端直径等于复合材料管内径；锥管的锥度部分长度等于复合材料管的管口加工的缝的深度。当装配时，将锥管小端插入复合材料管，可使管口张开，形成外锥状。如图4所示，另设置一个内壁具有锥度的金属收紧锥套，其锥度和前述金属锥管的锥度相差值为管壁的车削锥度，其小端直径等于复合材料管的外径，长度也稍短；并在该金属收紧锥套的一端接着车有和上述金属锥管中段外螺纹相配合的内螺纹。