[发明专利]纤维增强树脂基复合材料筒体连接结构

说明书

本发明涉及一种纤维增强树脂基复合材料筒体连接结构，包括复合材料筒体、金属连接头和周向缠绕纤维，复合材料筒体的两端部形成外端向内收缩的第一连接部，金属连接头包括相互结合的管柱和呈燕尾状的第二连接部，管柱与第二连接部的结合位具有挡环，挡环与第二连接部之间形成纤维缠绕区，第二连接部外侧面以及挡环相对第二连接部的侧面分别形成有间隔分布的环槽，复合材料筒体的第一连接部相匹配地装套在金属连接头的第二连接部的外侧，周向缠绕纤维填充于纤维缠绕区，复合材料筒体、金属连接头和周向缠绕纤维为一体成型结构。本发明能够增强复合材料筒体与金属结构的连接强度简化装配工艺，提高连接效率，缩短生产周期。

技术领域

本发明属于复合材料结构与金属结构连接的技术领域，特别是涉及一种纤维增强树脂基复合材料筒体连接结构。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料具有优异的比强度、比刚度以及结构、性能可设计性，已经广泛应用于航空航天结构中。

在具体的结构中，通常需要对不同的零部件进行连接，目前复合材料结构与金属结构常用的连接形式有胶接、铆接、螺栓连接、胶铆结合、胶接与螺栓连接结合等方式。其中，铆接和螺栓连接均会对复合材料结构造成不同程度的强度削弱，并由此引起一系列的损伤容限及疲劳寿命问题。而胶接通常用在非主承力结构上，并且胶接存在老化问题，导致连接结构的强度不足，可靠性低。并且以上连接增加了装配工序，导致产品生产周期延长，成本高。

复合材料结构的成型工艺与传统的金属材料结构制造工艺不同，在复合材料技术中，材料、设计和制造工艺三者密切相关，而构件的最终质量在很大程度上取决于制造工艺，因而，在复合材料结构设计时，必须充分考虑到应用的具体条件以及制造工艺的可行性问题。复合材料整体结构指一次成型的大型复杂复合材料结构，如机身舱段、翼盒、整体油箱、大梁和加强框等，它在安全性、舒适性、降低成本和减轻结构重量等方面具有其他材料和结构形式无可比拟的优势，是复合材料独有的优点。整体复合材料结构设计与制造技术是目前世界上复合材料领域重点发展的关键技术和方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纤维增强树脂基复合材料筒体连接结构，增强复合材料筒体与金属结构的连接强度并保持结构强度的持久性，简化装配工艺，有利于提高连接效率，缩短生产周期。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种纤维增强树脂基复合材料筒体连接结构，包括复合材料筒体、金属连接头和周向缠绕纤维，所述复合材料筒体的两端部形成外端向内收缩的第一连接部，所述金属连接头包括相互结合的管柱和呈燕尾状的第二连接部，所述管柱与第二连接部的结合位具有挡环，所述挡环与第二连接部之间形成凹槽状纤维缠绕区，所述第二连接部的外侧面以及挡环相对第二连接部的侧面分别形成有间隔分布的环槽，所述复合材料筒体的第一连接部相匹配地装套在金属连接头的第二连接部的外侧，所述周向缠绕纤维填充于纤维缠绕区，所述复合材料筒体、金属连接头和周向缠绕纤维为一体成型结构。

所述复合材料筒体、金属连接头和周向缠绕纤维一体成型的工艺为模压法、热压罐法、树脂传递模塑法或真空袋法。

所述复合材料筒体和\或周向缠绕纤维的基体为氰酸酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰胺树脂、苯并噁嗪树脂或聚酰亚胺树脂，增强体为碳纤维、玻璃纤维、凯芙拉纤维、石英纤维、玄武岩纤维、陶瓷纤维、硼纤维或植物纤维。

所述复合材料筒体采用0°、±45°、90°铺层，0°的铺层比例为40％～50％，±45°的铺层比例为40％～50％，90°的铺层比例为10％～20％，纤维0°沿复合材料筒体的轴向，纤维90°沿复合材料筒体的周向，铺层的厚度方向沿复合材料筒体的径向。

所述复合材料筒体中部的主体结构的截面呈圆形、椭圆形、梯形、正方形、长方形或三角形，所述复合材料筒体的主体结构沿轴向为等截面或变截面，所述金属连接头采用钛合金、不锈钢、铝合金、铝锂合金或镁合金制成。