[实用新型]碳纤维复合材料承力杆

说明书

本实用新型涉及浮空器承力结构设备技术领域，公开了一种碳纤维复合材料承力杆，包括基轴以及两个预埋管接头，基轴的外侧壁设有第一纤维束缠绕层；基轴包括中间段以及两端的连接段，预埋管接头套接于连接段对应的第一纤维束缠绕层外，中间段对应的第一纤维束缠绕层外还设有第二纤维束缠绕层；第二纤维束缠绕层的外表面和预埋管接头的外表面共同覆设有第三纤维束缠绕层。该碳纤维复合材料承力杆通过设置纤维缠绕层和预埋管接头，有效地将面内失效应力转化为法向挤压失效应力，大大提高了承力杆的承载强度，具有优异的拉伸、压缩、扭转、疲劳和抗冲击性能。

技术领域

本实用新型涉及浮空器承力结构技术领域，尤其涉及一种碳纤维复合材料承力杆。

背景技术

浮空器主承力结构轻量化应用正处于起步阶段，碳纤维复合材料具有优异的力学性能，特别是在比强度和比刚度等方面具有较大的优势，因此考虑碳纤维复合材料圆管作为浮空器主承力结构是必然趋势，一方面可实现轻量化，另一方面可实现承载能力重载化要求。

复合材料结构件之间主要采用胶接连接、螺栓连接、铆接和混合连接等方式。到目前为止，复合材料圆管用于主承力结构件的连接方式主要使用高强胶黏剂胶接连接和螺栓连接模式。对于胶接连接，胶黏剂和复合材料圆管的粘接界面在复杂外力作用下界面性能将会削弱，使粘接界面成为薄弱环节，同样，在高温和低温循环作用下，由于纤维和金属以及不同纤维间的热膨胀系数不匹配，也会导致胶接界面力学性能削弱，从而降低复合材料圆管的整体承载强度。对于螺栓连接，通常考虑通过穿孔的方式将两个复合材料结构件或金属件与复合材料结构件连接到一起，结构在受载条件下，往往在螺纹孔位置出现比较大的应力集中和畸变，这对于承受较大载荷的主承力结构，显然在应用上受到了一定的局限。实际使用中还有一类是将金属预埋件与复合材料圆管件共固化连接，但往往金属预埋件没有经过特殊的设计和处理，其承载能力也大大受限。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种碳纤维复合材料承力杆，用以解决现有的复合材料结构件之间的连接方式导致的连接界面性能削弱、承载能力有限的问题。

本实用新型实施例提供一种碳纤维复合材料承力杆，包括基轴以及两个预埋管接头，所述基轴的外侧壁设有第一纤维束缠绕层；所述基轴包括中间段以及两端的连接段，所述预埋管接头套接于所述连接段对应的所述第一纤维束缠绕层外，所述中间段对应的所述第一纤维束缠绕层外还设有第二纤维束缠绕层；所述第二纤维束缠绕层的外表面和所述预埋管接头的外表面共同覆设有第三纤维束缠绕层。

其中，所述预埋管接头的外表面在轴向上构造有多个环向凹槽，并在周向上构造有多个纵向凹槽；所述预埋管接头的外表面对应的所述第三纤维束缠绕层包括由内向外依次交替叠设的多个第一纵向纤维束子层和多个环向纤维束子层，所述第一纵向纤维束子层设于所述纵向凹槽内，所述环向纤维束子层设于所述环向凹槽内。

其中，所述第二纤维束缠绕层的外表面对应的所述第三纤维束缠绕层包括由内向外依次叠设的多个第二纵向纤维束子层，所述第一纵向纤维束子层与所述第二纵向纤维束子层相接。

其中，所述第一纵向纤维束子层的纤维丝束的缠绕角为0°～40°；所述环向纤维束子层的纤维丝束的缠绕角为80°～90°。

其中，所述预埋管接头朝向所述基轴的端部的外缘直径大于所述预埋管接头背离所述基轴的端部的外缘直径。

其中，所述预埋管接头的朝向所述基轴的端部的外缘与所述预埋管接头的背离所述基轴的端部的外缘之间的锥角为0.4°～0.6°。

其中，所述预埋管接头的外表面对应的所述第三纤维束缠绕层的厚度由朝向所述基轴的端部至远离所述基轴的端部逐渐增大，以使所述第三纤维束缠绕层的外径均匀一致。

其中，所述预埋管接头为钛合金接头。