CN104832507A - 一种复合材料板件接头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料板件接头，包括复合材料板件、金属楔块和连接板，其中复合材料板件端部、金属楔块和连接板相应位置均设有连接孔，并沿复合材料板件的边缘加工一条缝隙，金属楔块楔入缝隙中；将连接板与金属楔块具有一致坡度的一面扣在复合材料板件两侧，并通过螺栓、螺母将其与楔入金属楔块的复合材料板件固定连接。本发明具有以下优点：适用于不同材质、不同厚度的复合材料板件之间，或复合材料板件和其它金属构件之间的连接，具有很好的通用性、经济性和适应性；工艺简单、实施灵活、拆装方便；抗拉伸强度大、结构安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料板件接头，其以金属楔块为技术核心，并通过螺栓将连接板、复合材料板件和金属楔块固定连接，提供了一种实施工艺简单、可靠性高、便于现场施工和重复拆装的复合材料板件接头，属于连接件领域。
背景技术
复合材料板材，主要指碳纤维和玻璃纤维增强树脂基复合材料，已经大批量商业化生产，但因复合材料的特性不适合直接采用金属板材通常采用的机械加工连接方式，如螺纹连接、焊接等，所以很难直接获得复杂结构所需要的复合材料板件接头。另外，复合材料结构或构件也常需要和其它常用金属材料，如铝合金、钛合金以及低热膨胀系数合金，如殷钢等连接，因此必须采用特殊的接头形式和制造工艺。目前复合材料板件接头形式主要是通过先预埋金属构件接头，层压局部铺层加强，形成层合板接头，并采用常用对接和搭接的方式进行连接。对接形式主要有台阶式对接和斜口对接形式；搭接形式主要包括单搭接、双搭接和双盖板搭接。为实现更牢靠的连接，也有在接头搭接处采用相当数量和分布的螺栓或钢刺。尽管如此，复合材料结构多数损坏情况恰是发生在连接接头处。
复合材料接头结构设计的基本原则是承载能力高、工艺简单、安全可靠。上述传统复合材料接头设计存在工艺复杂、加工制造困难、灵活性不够等不足，尤其不能适应接头形式复杂多变的应用情形。为达到如同金属构件，如钢构那样实施工艺简单、可靠性高、便于现场施工和重复拆装的目的，需要提出改进性的接头设计方案。
发明内容
本发明的目的是：为了克服现有技术中复合材料板件接头设计工艺复杂、加工制造困难、灵活性不够及不能适应应用形式复杂多变的情形，本发明提供了一种实施工艺简单、灵活多变、便于现场施工和重复拆装的复合材料板件接头。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种复合材料板件接头，包括复合材料板件、金属楔块和连接板，其中复合材料板件端部、金属楔块和连接板相应位置均设有连接孔，并沿复合材料板件的边缘加工一条缝隙，金属楔块楔入缝隙中；将连接板与金属楔块具有一致坡度的一面扣在复合材料板件两侧，与楔入金属楔块的复合材料板件固定连接。
优选的，将金属楔块加工成十字形，相应地，连接板设置为角形，且其一面与金属楔块的坡度一致。将十字形的金属楔块楔入复合材料板件边缘的缝隙后，连接板与金属楔块坡度一致的面卡和到复合材料板件上，并用螺栓、螺母固定连接。
优选的，对于厚度超过10毫米的复合材料板件，在复合材料板件接头端加工一组缝隙，缝隙对称设置，每条缝隙中楔入金属楔块，然后通过螺栓、螺母将其与复合材料板件、连接板固定连接。
进一步的，将金属楔块设置成以隔板轴对称的连体式金属楔块，隔板两边均设有至少一个金属楔块，将其与复合材料板件和连接板连接后制成的接头具有更强的抗拉伸能力。
优选的，金属楔块宽度与复合材料板件宽度相同，长度短于缝隙的深度。
优选的，连接板为V形，其宽度与复合材料板件宽度相同，长度为金属楔块长度的2-3倍，且具有与复合材料板件相当的热膨胀系数。
优选的，连接板与楔入金属楔块的复合材料板件通过螺栓、螺母固定连接。
有益效果
本发明提供了一种可以广泛应用的复合材料板件的接头设计方案，与现有技术相比，具有以下优点：
（1）本发明制得的复合材料板件接头适用于不同材质、不同厚度的复合材料板件之间，或复合材料板件与其它金属构件之间的连接；
（2）本发明所述接头具有良好的通用性、经济性和适应性，且工艺简单可靠、实施简单灵活，尤其适用于复杂复合材料空间结构的现场施工建造；
（3）此外，由于本发明提出的采用加楔使复合材料在局部接头处形成与拉伸方向反向的斜面创新原理，使得本发明的接头在拉伸时不是仅依靠连接板与复合材料之间的摩擦力或胶粘剂的粘结力，也不是仅依靠连接孔与紧固螺栓的螺杆之间的接触反力，而是主要由斜面之间的压力、螺栓的预紧力及强度来提供抗拉强度；因此本发明在螺栓尚未紧固或胶粘剂尚未固化时，即可提供连接强度；
（4）本发明的接头不会发生复合材料板件在连接孔处破裂的现象，也不会因复合材料或胶粘剂老化、脱胶，而发生从连接板之间滑脱现象，因而确保了结构的安全可靠性能。
附图说明
图1是复合材料板件接头端；
图2是金属楔块；
图3是金属连接板；
图4是金属楔块楔入复合材料板件缝隙图；
图5是复合材料板件加金属楔块接头连接示意图；
图6是多个复合材料板件加十字形金属楔块接头连接示意图；
图7是较厚复合材料板件接头端加工多条缝隙图；
图8是金属楔块楔入较厚复合材料板件缝隙图；
图9是较厚复合材料板件加多个楔接头连接示意图；
图10是具有隔板的连体式金属楔块；
图11是较厚复合材料板件用具有隔板的联体式金属楔块接头连接示意图；
其中，1.复合材料板件；2.金属楔块；3.连接板；4.螺栓；5.螺母；6.连接孔；7.缝隙；8.隔板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：
实施例1
如图1、图2、图3所示，采用机械加工的方法在复合材料板件1端部、金属楔块2和连接板3的上加工一组连接孔6，连接孔6的位置一一对应，供螺栓4固定连接使用；沿复合材料板件1边缘加工一条缝隙7，由于缝隙7很窄，对削弱复合材料板件1的拉伸强度影响很小，因此可以满足设计要求。加工具有对称斜面的金属楔块2，其宽度与复合材料板件1宽度相同，长度短于复合材料板件1上缝隙7的深度。另外，加工两块相同的连接板3，该连接板3的一个面上加工有两个对称斜坡，整体结构形成V形，其斜度与金属楔块2的斜度一致，长度为金属楔块2长度的2倍，宽度与复合材料板件1宽度相同。
在复合材料板件1已加工的缝隙7中，以及金属楔块2的楔面上，均匀涂上胶粘剂，然后将金属楔块2楔入复合材料板件1的缝隙7中，如图4所示，金属楔块2端面与复合材料板件1端面齐平。在复合材料板件1因加楔而形成的斜面上和连接板3的斜面上涂上胶粘剂；将需要连接的两个复合材料板件1加楔一端相对，并将连接板3扣在复合材料板件1两侧，螺栓4穿过连接孔6固定复合材料板件1、金属楔块2和连接板3。待胶粘剂固化后，如图5所示，该复合材料板件1接头即完成实施。
显然，本发明可以先将金属楔块2楔入复合材料板件1，待胶粘剂固化后，形成如图4所示加楔的具有连接孔6的复合材料板件1，同加工好的V形连接板3一起，作为预制件储藏，待需要构建复合材料结构时，再实施接头连接，从而可以方便结构的拆除重装。
实施例2
如图6所示，采用机械加工的方式将金属楔块2加工成十字形，并将连接板3相应地加工成角形，且保证其与复合材料板件1卡和的面的坡度和金属楔块2坡度一致。如实施例1中的方法所述，在复合材料板件1端部、金属楔块2和连接板3的相应位置加工连接孔6，供螺栓4固定连接使用；并沿复合材料板件1边缘加工一条缝隙7，供金属楔块2楔入；其中十字形的金属楔块2具有对称的斜面，宽度与复合材料板件1宽度相同。
在复合材料板件1已加工的缝隙7中，以及十字形的金属楔块2的楔面上，均匀涂上胶粘剂，然后将金属楔块2楔入复合材料板件1的缝隙7中，将连接板3具有坡度相对设置并卡和在复合材料板件1上，螺栓4穿过连接孔6固定复合材料板件1、金属楔块2和连接板3。待胶粘剂固化后，如图6所示，该复合材料板件1接头即完成实施。
实施例3
如图7所示，对于厚度超过10毫米的复合材料板件1，沿板件端部边缘加工一组对称的缝隙7，并采用实施例1中的方法在复合材料板件1端部、金属楔块2和连接板3的相应位置加工连接孔6，供螺栓4固定连接使用。
加工具有对称斜面的金属楔块2，其宽度与复合材料板件1宽度相同，长度短于复合材料板件1上缝隙7的深度。另外，加工两块相同的连接板3，该连接板3的一个面上加工有两个对称斜坡，整体结构形成V形，长度为金属楔块2长度的3倍，宽度与复合材料板件1宽度相同。
在复合材料板件1已加工的缝隙7中，以及金属楔块2的楔面上，均匀涂上胶粘剂，每条缝隙7中楔入金属楔块2，如图8所示。在复合材料板件1因加楔而形成的斜面上和连接板3的斜面上涂上胶粘剂，将需要连接的两个复合材料板件1加楔一端相对，并将连接板3具有坡度的一面相对设置扣在复合材料板件1两侧，螺栓4穿过连接孔6固定复合材料板件1、金属楔块2和连接板3。待胶粘剂固化后，如图9所示，该复合材料板件1接头即完成实施。
实施例4
如图10所示，将金属楔块2加工成以隔板8轴对称的连体式结构，隔板8两边均设有一组具有对称斜面的金属楔块2，其宽度与复合材料板件1宽度相同，长度短于复合材料板件1上缝隙7的深度。采用实施例1中的方法在复合材料板件1端部、金属楔块2和连接板3的相应位置加工连接孔6，供螺栓4固定连接使用；并采用机械加工的方法沿复合材料板件1端部边缘加工一组对称的缝隙7；另外，加工两块相同的连接板3，该连接板3的一个面上加工有两个对称斜坡，整体结构形成V形，长度为金属楔块2长度的2.5倍，宽度与复合材料板件1宽度相同。
在复合材料板件1已加工的缝隙7中，以及金属楔块2的楔面上，均匀涂上胶粘剂，将金属楔块2楔入板件的缝隙7中。在复合材料板件1因加楔而形成的斜面上和连接板3的斜面上涂上胶粘剂，将需要连接的两个复合材料板件1加楔一端相对，并将连接板3具有坡度的面相对设置扣在复合材料板件1两侧，螺栓4穿过连接孔6固定复合材料板件1、金属楔块2和连接板3。待胶粘剂固化后，如图11所示，该复合材料板件1接头即完成实施。
Claims (7)
1.一种复合材料板件接头，其特征在于，包括复合材料板件（1）、金属楔块（2）和连接板（3），所述复合材料板件（1）端部、金属楔块（2）和连接板（3）上均设有连接孔（6），且连接孔（6）的位置一一对应，沿复合材料板件（1）边缘开设有至少一条缝隙（7），金属楔块（2）楔入缝隙（7）；所述连接板（3）的一个面上设有两个对称斜坡，将连接板（3）具有坡度的一面相对设置，扣在复合材料板件（1）两侧，并与楔入金属楔块（2）的复合材料板件（1）固定连接。
2.根据权利要求1 所述一种复合材料板件接头，其特征在于，所述金属楔块（2）为十字形，连接板（3）为角形。
3.根据权利要求1 所述一种复合材料板件接头，其特征在于，金属楔块（2）为以隔板（8）轴对称的连体式金属楔块。
4.根据权利要求 3所述一种复合材料板件接头，其特征在于，在隔板（8）两边均设有至少一个金属楔块（2），且所述金属楔块（2）长度沿中间向两边递减。
5.根据权利要求1 、2或3所述一种复合材料板件接头，其特征在于，所述金属楔块（2）宽度与复合材料板件（1）宽度相同，长度短于缝隙（7）的深度。
6.根据权利要求5所述一种复合材料板件接头，其特征在于，所述连接板（3）为V形，其宽度与复合材料板件（1）宽度相同，长度为金属楔块（2）长度的2-3倍，且具有与复合材料板件（1）相等的热膨胀系数。
7.根据权利要求1所述一种复合材料板件接头，其特征在于，连接板（3）与楔入金属楔块（2）的复合材料板件（1）通过螺栓（4）、螺母（5）固定连接。
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