[发明专利]一种带金属柔性接头的L型复合材料夹芯板连接结构

说明书

本发明提供的是一种带金属柔性接头的L型复合材料夹芯板连接结构。包括泡沫夹芯复合材料板、金属连接件，金属连接件的预埋金属板部分嵌入在夹芯泡沫和复合材料板之间，使用一体化成型技术，使复合材料夹芯板与金属连接件固化在一起。本发明使用了可调节的柔性接头，可有效降低装配应力，实现柔性装配；预埋金属板设计为燕尾结构，有效减少金属板与复合材料板连接处的集中应力；连接处采用圆弧形设计，提高了抗弯刚度；采用共固化技术，避免了复合材料开口等，保证了复合材料板的完整性；金属连接件中预留了较大的空间，便于一些管线的铺设以及后续维护。本发明适合大型结构中复合材料夹芯板与其他结构之间的机械连接。

技术领域

本发明涉及用于大型结构中复合材料夹芯板与其他结构之间的机械连接领域，具体涉及一种带金属柔性接头的L型复合材料夹芯板连接结构。

背景技术

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强度和比模量大。例如碳纤维与环氧树脂复合的材料，其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍，还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。石墨纤维与树脂复合可得到膨胀系数几乎等于零的材料。纤维增强材料的另一个特点是各向异性，因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料，在500℃时仍能保持足够的强度和模量。碳化硅纤维与钛复合，不但钛的耐热性提高，且耐磨损，可用作发动机风扇叶片。碳化硅纤维与陶瓷复合，使用温度可达1500℃，比超合金涡轮叶片的使用温度1100℃高得多。碳纤维增强碳、石墨纤维增强碳或石墨纤维增强石墨，构成耐烧蚀材料，已用于航天器、火箭导弹和原子能反应堆中。非金属基复合材料由于密度小，用于汽车和飞机可减轻重量、提高速度、节约能源。用碳纤维和玻璃纤维混合制成的复合材料片弹簧，其刚度和承载能力与重量大5倍多的钢片弹簧相当。与一般工程材料相比,纤维增强树脂基复合材料强度和刚度各向异性、层间强度较低且延性较小,并且复合材料在固化时会产生固化变形，从而造成装配困难，甚至无法完成装配。另外，由于装配应力的存在，会显著降低接头的使用寿命，因此研发一种可有效降低装配应力的柔性接头就显得尤为重要。目前复合材料夹芯结构以其良好的拓扑优化性在航空、航天、船舶工业中广泛应用,复合材料夹芯板与其它结构的连接方式有胶接、机械连接和混合连接；接头形式有对接、搭接、支撑连接等。复合材料的成型方法按基体材料不同各异。树脂基复合材料的成型方法较多，有手糊成型、喷射成型、纤维缠绕成型、模压成型、拉挤成型、RTM成型、热压罐成型、隔膜成型、迁移成型、反应注射成型、软膜膨胀成型、冲压成型等。金属基复合材料成型方法分为固相成型法和液相成型法。前者是在低于基体熔点温度下，通过施加压力实现成型，包括扩散焊接、粉末冶金、热轧、热拔、热等静压和爆炸焊接等。后者是将基体熔化后，充填到增强体材料中，包括传统铸造、真空吸铸、真空反压铸造、挤压铸造及喷铸等、陶瓷基复合材料的成型方法主要有固相烧结、化学气相浸渗成型、化学气相沉积成型等。

复合材料夹芯板的连接通常用于船舶的船体和上层建筑等。通常，复合材料夹芯板的连接是通过一个完整的金属接头，将复合材料板搭接或插入金属接头凹槽，使用胶黏剂将金属接头与复合材料夹芯板结合在一起。虽然胶接连接承剪能力很强,但抗剥离能力很差。胶接的复合材料接头在承受法向力和剥离力时,由于粘接剂承载能力弱,对于这两种载荷承载能力不足,极易出现脱胶及层压板的分层,最终影响密闭性与承力特性,同时由于胶接损伤不易及时发现,因此容易出现较为突然的灾难性破坏,造成重大损失。