CN104879646B - 复合材料杆件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料杆件，其特征在于，包括支撑体；所述支撑体的两端分别设有至少一个耳片；所述支撑体的外表面包覆有第一纤维增强材料层。本发明中的复合材料杆件，充分利用了复合材料的可设计性和疲劳性等性能，使其具有优异的抗拉伸性能、抗压性能。与全金属杆件相比，在达到相同的各项力学指标的情况下，本发明具有明显的重量优势、体积优势和更高的安全系数，可减轻30％的重量。与全金属杆件相比，重量相等长度相同的情况下，本发明的复合材料杆件的力学指标提升20％～40％。这也意味着该发明将在航空航天、重型机械、汽车等领域有着光明的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料杆件。
背景技术
在航空航天领域、或者其他对结构重量有苛刻要求的领域，对结构不仅有一定的重量指标要求，还有更高的技术指标要求，如刚度、强度、抗拉伸强度、抗压强度、抗瞬时冲击强度等。如果是结构部件由全金属材料制得，要使结构达到一定的技术指标要求，该结构不仅体积庞大，而且重量很大。以杆件为例，如果是全金属杆件，要想使其具有更高的技术指标，即需要增大其截面直径，从而增加了杆件自身的重量及其所占用的体积，这不仅会对其他结构中其他部件的空间布置造成困难，还会使整个产品背上沉重的重量负担，降低了结构承载其他物体的承载能力。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种复合材料杆件。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
复合材料杆件，其特征在于，包括支撑体；所述支撑体的两端分别设有至少一个耳片；所述支撑体的外表面包覆有第一纤维增强材料层。
优选地是，所述支撑体的两端分别设有一个或两个所述耳片；位于所述支撑体同一端的两个所述耳片间隔设置。
优选地是，所述耳片抵靠在所述支撑体上；第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿所述支撑体的轴向缠绕所述支撑体和所述耳片后加热固化形成所述第一纤维增强材料层，并将所述耳片和所述支撑体连接。
优选地是，所述第一纤维增强材料层的外表面还包覆有第二纤维增强材料层；第二纤维增强材料线或第二纤维增强材料带沿所述支撑体的圆周方向和轴向缠绕所述第一纤维增强材料层后加热固化形成所述第二纤维增强材料层。
优选地是；所述耳片抵靠在所述支撑体上；第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿所述支撑体的圆周方向和轴向缠绕所述支撑体和所述耳片后加热固化形成所述第一纤维增强材料层，并将所述耳片和所述支撑体连接。
优选地是，所述第一纤维增强材料层的外表面还包覆有第二纤维增强材料层；所述第二纤维增强材料层由第二纤维增强材料线或第二纤维增强材料带沿所述支撑体的轴向缠绕所述第一纤维增强材料层后加热固化形成。
优选地是，所述耳片设有沟槽；所述第一纤维增强材料线或所述第一纤维增强材料带沿轴向缠绕所述耳片时，容置于所述沟槽内；或者所述第二纤维增强材料线或所述第二纤维增强材料带沿轴向缠绕所述耳片时，容置于所述沟槽内。
优选地是，所述耳片上设有多个第二凸块；多个所述第二凸块沿圆周方向分布；所述第一纤维增强材料线或所述第一纤维增强材料带沿轴向缠绕、并依次绕过所述支撑体两端耳片上的第二凸块，将所述支撑体两端的耳片与所述支撑体连接；或者所述第二纤维增强材料线或所述第二纤维增强材料带沿轴向缠绕、并依次绕过所述支撑体两端耳片上的第二凸块，将所述支撑体两端的耳片与所述支撑体连接。
优选地是，所述耳片的外表面上设有波纹段；所述第一纤维增强材料线或所述第一纤维增强材料带缠绕所述耳片时，与所述波纹段机械咬合。
优选地是，还包括第一连接件；所述第一连接件包括相配合的第一凸块和第一插槽；所述第一凸块设置在所述耳片和所述支撑体其中之一上，所述第一插槽设置在所述耳片和所述支撑体中的另一个上；所述第一凸块可插拔地插置于所述第一插槽内，将所述耳片安装在所述支撑体的端部。
优选地是，还包括连杆；所述耳片设置在所述连杆的两端；所述支撑体上设有沿轴向延伸的凹槽；所述凹槽与所述连杆相适应；所述连杆嵌入所述凹槽内，使所述耳片伸出所述凹槽设置于所述支撑体的端部。
优选地是，包括两个所述连杆；所述支撑体上设有两个所述凹槽；每个所述连杆嵌入一个所述凹槽内；设置于所述支撑体同一端的两个耳片间隔设置。
优选地是，所述耳片与所述连杆一体设置；所述耳片和所述连杆由金属材料制得，或由第三纤维增强材料缠绕后加热固化制得，或采用树脂传递模塑成型工艺形成。
优选地是，第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿所述支撑体的圆周方向和轴向缠绕所述支撑体、所述连杆和所述耳片后加热固化形成所述第一纤维增强材料层，并将所述连杆和所述支撑体连接。
优选地是，所述第一纤维增强材料层的外表面还包覆有第二纤维增强材料层；所述第二纤维增强材料层由第二纤维增强材料线或第二纤维增强材料带沿所述支撑体的轴向缠绕所述第一纤维增强材料层后加热固化形成。
优选地是，所述第一纤维增强材料层为第一纤维增强树脂层；所述第二纤维增强材料层为第二纤维增强树脂层；所述第三纤维增强材料层为第三纤维增强树脂层；所述第一纤维增强树脂层包括第一纤维和第一树脂；所述第二纤维增强树脂层包括第二纤维和第二树脂；所述第三纤维增强树脂层包括第三纤维和第三树脂；所述第一纤维、所述第二纤维与所述第三纤维相同或不相；所述第一纤维、所述第二纤维或所述第三纤维选自玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、硼纤维、石棉纤维、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维、棉纤维和剑麻中的一种或任意几种；所述第一树脂、所述第二树脂或所述第三树脂相同或不同；所述第一树脂、所述第二树脂或所述第三树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、苯并噁嗪树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种或任意几种。
优选地是，耳片既可以由金属材料制得，也可以由复合材料制得。复合材料可选用金属基复合材料、陶瓷基复合材料或高分子基复合材料。所述耳片上设有通孔。当耳片采用复合材料制得，所述通孔内可设置衬套。衬套可避免耳片磨损，延长耳片使用寿命。衬套磨损后，较耳片更换方便。
优选地是，所述支撑体由泡沫材料等蓬松轻质材料制得。
本发明中的复合材料杆件，充分利用了复合材料的可设计性和疲劳性等性能，使其具有优异的抗拉伸性能、抗压性能。与全金属杆件相比，在达到相同的各项力学指标的情况下，本发明具有明显的重量优势、体积优势和更高的安全系数，可减轻30％的重量。与全金属杆件相比，重量相等长度相同的情况下，本发明的复合材料杆件的力学指标提升20％～40％。这也意味着该发明将在航空航天、重型机械、汽车等领域有着光明的应用前景。
本发明通过纤维增强材料沿支撑体的轴向缠绕包裹耳片和支撑体，提高耳片和支撑体的结合强度，更重要的是，为复合材料杆件提供抗拉伸性能。拉伸应变最高可达3.5％以上。
本发明通过纤维增强材料沿支撑体的圆周方向和轴向缠绕包裹耳片和支撑体，为复合材料杆件提供抗压性能。
在达到相同的抗拉伸性能、抗压性能、抗冲击性能等力学指标的情况下，本发明的复合材料杆件的重量仅为全金属杆件重量的70％。也就是说，采用本发明的复合材料杆件代替全金属杆件，可减轻搬运杆件所需的工作量，提高了工作效率，降低了生产所需成本。另一方面，因为达到相同的抗拉伸性能、抗压性能、抗冲击性能等力学指标的情况下，本发明的复合材料杆件的重量仅为全金属杆件重量的70％，所以吊装设备每次可吊装的复合材料杆件的长度或数量要大于全金属杆件，从而降低了吊装次数，减轻了吊装工作量，提高了工作效率，降低了生产所需成本。
附图说明
图1为实施例1中的复合材料杆件的结构示意图；
图2为实施例1中的复合材料杆件的结构爆炸图；
图3为实施例2中的复合材料杆件的结构示意图；
图4为实施例3中的复合材料杆件的结构示意图；
图5为实施例3中的复合材料杆件的径向截面示意图；
图6为实施例5中的复合材料杆件的局部结构爆炸示意图；
图7为实施例5中的复合材料杆件的径向截面示意图；
图8为实施例6中的复合材料杆件的结构示意图；
图9为实施例6中的复合材料杆件的局部结构示意图；
图10为实施例6中的复合材料杆件的径向截面示意图；
图11为实施例7中复合材料杆件的轴向截面示意图；
图12为实施例8中的复合材料杆件的结构示意图；
图13为实施例8中的复合材料杆件的局部结构爆炸示意图；
图14为实施例8中的复合材料杆件的径向截面示意图；
图15为图14所示的复合材料杆件外包覆第二纤维增强材料层后径向截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述：
实施例1
如图1和2所示，复合材料杆件包括支撑体1。如图所示的优选示例中，支撑体1呈长条状，由泡沫材料制得。支撑体1的两端分别设有一个耳片2。耳片2既可以由金属材料制得，也可以由复合材料制得。复合材料可选用金属基复合材料、陶瓷基复合材料和高分子基复合材料等。本实施例优选，耳片2为金属材料制成。耳片2呈片状，设有通孔21。
复合材料杆件还包括第一连接件。第一连接件包括相配合的第一凸块31和第一插槽32。第一凸块31设置在耳片2和支撑体1其中之一上，第一插槽32设置在耳片2和支撑体1中的另一个上。本实施例优选，第一凸块31设置在耳片2上，第一插槽32设置在支撑台1的端部。第一凸块31可插拔地插置于第一插槽32内，将耳片2安装在支撑体1的端部。
支撑体1的外表面包覆有第一纤维增强材料层4。第一纤维增强材料层4由第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿支撑体1的轴向缠绕支撑体1和耳片2后加热固化形成。第一纤维增强材料层4为第一纤维增强树脂层。第一纤维增强树脂层包括第一纤维和第一树脂。第一纤维选自玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、硼纤维、石棉纤维、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维、棉纤维和剑麻中的一种或任意几种。第一树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、苯并噁嗪树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种或任意几种。
耳片2还设有沟槽23，沟槽23将耳片2分割为两个单片20。每个单片20上均设有一个通孔21。第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿轴向缠绕耳片2时，容置于沟槽23内，通过沟槽23限制第一纤维增强材料或第一纤维增强带，确保第一纤维增强线或第一纤维增强带稳固地缠绕在耳片2和支撑体1上，避免第一纤维增强线或第一纤维增强带从耳片2或支撑体1上滑落。
复合材料杆件安装时，可通过螺栓贯穿本实施例中复合材料杆件耳片上的通孔21，从而将复合材料杆件安装在其他部件上。
本实施例的复合材料杆件，通过第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带缠绕耳片2和支撑体1，将耳片2和支撑体1包裹在一起，提高了耳片2与支撑体1之间的结合力。更重要的是，第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿支撑体1的轴向缠绕，使复合材料杆件较全金属杆件的抗拉伸性能大大提高。与全金属杆件相比，重量相等长度相同的情况下，本发明的复合材料杆件的抗拉伸性能提升20％～40％。且与全金属杆件相比，在达到相同的各项力学指标的情况下，本实施例的复合材料杆件具有明显的重量优势、体积优势和更高的安全系数，可减轻30％的重量。这也意味着本实施例的复合材料杆件将在航空航天、重型机械、汽车等领域有着光明的应用前景。
耳片2可以不设置沟槽23，不影响复合材料杆件的使用。
实施例2
如实施例1不同，如图3所示，本实施例中的耳片2上无沟槽。且第一纤维增强材料层4由第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿支撑体2的圆周方向和轴向缠绕支撑体1和耳片2后加热固化形成。第一纤维增强材料层4覆盖耳片2和支撑体1的连接部位。
本实施例的复合材料杆件，通过第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带缠绕耳片2和支撑体1，将耳片2和支撑体1包裹在一起，提高了耳片2与支撑体1之间的结合力。更重要的是，第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿支撑体1的圆周方向和轴向缠绕，使复合材料杆件较全金属杆件的抗压性能大大提高。与全金属杆件相比，重量相等长度相同的情况下，本发明的复合材料杆件的抗压性能提升20％～40％。且与全金属杆件相比，在达到相同的各项力学指标的情况下，本实施例的复合材料杆件具有明显的重量优势、体积优势和更高的安全系数，可减轻30％的重量。这也意味着本实施例的复合材料杆件将在航空航天、重型机械、汽车等领域有着光明的应用前景。
实施例3
在实施例1的基础上，如图4和5所示，第一纤维增强材料层4的外表面还包覆有第二纤维增强材料层5。第二纤维增强材料层5由第二纤维增强材料线或第二纤维增强材料带沿支撑体的圆周方向和轴向缠绕第一纤维增强材料层4后加热固化形成。第二纤维增强材料层5覆盖耳片2和支撑体1的连接部位。
第二纤维增强材料层5为第二纤维增强树脂层。第二纤维增强树脂层包括第二纤维和第二树脂。第二纤维和第一纤维相同或不相。第二纤维选自玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、硼纤维、石棉纤维、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维、棉纤维和剑麻中的一种或任意几种。第二树脂和第一树脂相同或不同。第二树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、苯并噁嗪树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种或任意几种。
本实施例的复合材料杆件，通过第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带缠绕耳片2和支撑体1，将耳片2和支撑体1包裹在一起，提高了耳片2与支撑体1之间的结合力。更重要的是，第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿支撑体1的轴向缠绕，使复合材料杆件较全金属杆件的抗拉伸性能大大提高。第二纤维增强材料线或第二纤维增强材料带沿支撑体1的圆周方向和轴向缠绕，使复合材料杆件较全金属杆件的抗压性能大大提高。与全金属杆件相比，重量相等长度相同的情况下，本发明的复合材料杆件的抗拉伸性能及抗压性能均提升20％～40％。且与全金属杆件相比，在达到相同的各项力学指标的情况下，本实施例的复合材料杆件具有明显的重量优势、体积优势和更高的安全系数，可减轻30％的重量。这也意味着本实施例的复合材料杆件将在航空航天、重型机械、汽车等领域有着光明的应用前景。
实施例4
与实施例3不同，本实施例中的第一纤维增强材料层4由第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿支撑体1的圆周方向和轴向缠绕支撑体1和耳片2后加热固化形成。第一纤维增强材料层4覆盖耳片2和支撑体1的连接部位。包覆在第一纤维增强材料层4外的第二纤维增强材料层由第二纤维增强材料线或第二纤维增强材料带沿支撑体1的轴向缠绕后加热固化形成。第二纤维增强材料线或第二纤维增强材料带沿轴向缠绕耳片2时，容置于沟槽23内，通过沟槽23限制第二纤维增强材料或第二纤维增强带，确保第二纤维增强线或第二纤维增强带稳固地缠绕在耳片2和支撑体1上，避免第二纤维增强线或第二纤维增强带从耳片2或支撑体1上滑落。
本实施例的复合材料杆件，通过第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带缠绕耳片2和支撑体1，将耳片2和支撑体1包裹在一起，提高了耳片2与支撑体1之间的结合力。更重要的是，第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿支撑体1的圆周方向和轴向缠绕，使复合材料杆件较全金属杆件的抗压性能大大提高。第二纤维增强材料线或第二纤维增强材料带沿支撑体1的轴向缠绕，使复合材料杆件较全金属杆件的抗拉伸性能大大提高。与全金属杆件相比，重量相等长度相同的情况下，本发明的复合材料杆件的抗拉伸性能及抗压性能均提升20％～40％。且与全金属杆件相比，在达到相同的各项力学指标的情况下，本实施例的复合材料杆件具有明显的重量优势、体积优势和更高的安全系数，可减轻30％的重量。这也意味着本实施例的复合材料杆件将在航空航天、重型机械、汽车等领域有着光明的应用前景。
实施例5
与实施例3不同，如图6和7所示，本实施例的支撑体1的两端分别设有两个耳片2。位于支撑体1同一端的两个耳片2间隔设置。通过支撑体1同一端的两个耳片2之间的间隙24可容纳其他杆件上的耳片。其他杆件上的耳片插入间隙24内，并将螺栓依次贯穿本实施例中复合材料杆件耳片上的通孔和其他杆件耳片上的通孔，从而实现复合材料杆件与其他杆件之间的连接。
实施例6
如图8和9所示，复合材料杆件包括支撑体1。如图所示的优选示例中，支撑体1呈圆柱体，由泡沫材料制得。支撑体1的两端分别设有一个耳片2。耳片2既可以由金属材料制得，也可以由复合材料制得。复合材料可选用金属基复合材料、陶瓷基复合材料和高分子基复合材料等。本实施例优选，耳片2为金属材料制成。耳片2呈片状，并设有通孔21。
耳片2还设有沟槽23，沟槽23将耳片2分割为两个单片20。每个单片20上均设有一个通孔21。其他杆件上的耳片插入沟槽23内，并将螺栓依次贯穿本实施例中复合材料杆件耳片上的通孔和其他杆件耳片上的通孔，从而实现复合材料杆件与其他杆件之间的连接。
如图9所示，耳片2的一端设有与支撑体1相适应的柱体25。柱体25上设有多个第二凸块26。多个第二凸块26沿圆周方向分布。耳片2上的主体25抵靠支撑体1，第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿支撑体1的轴向缠绕、并依次绕过抵靠在支撑体1两端的耳片2的第二凸块26，将抵靠在支撑体1两端的耳片2与支撑体1连接，并在支撑体1的外表面形成第一纤维增强材料层4。
如图10所示，第一纤维增强材料层4的外表面还包覆有第二纤维增强材料层5。第二纤维增强材料层5由第二纤维增强材料线或第二纤维增强材料带沿支撑体的圆周方向和轴向缠绕第一纤维增强材料层4后加热固化形成。第二纤维增强材料层5覆盖耳片2和支撑体1的接触部位。
第一纤维增强材料层4为第一纤维增强树脂层。第二纤维增强材料层5为第二纤维增强树脂层。第一纤维增强树脂层包括第一纤维和第一树脂。第二纤维增强树脂层包括第二纤维和第二树脂。第一纤维和第二纤维相同或不同。第一纤维和第二纤维选自玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、硼纤维、石棉纤维、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维、棉纤维和剑麻中的一种或任意几种。第一树脂和第二树脂相同或不同。第一树脂和第二树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、苯并噁嗪树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种或任意几种。
本实施例的复合材料杆件，通过第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带缠绕耳片2和支撑体1，将耳片2和支撑体1包裹在一起，提高了耳片2与支撑体1之间的结合力。更重要的是，第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿支撑体1的轴向缠绕，使复合材料杆件较全金属杆件的抗拉伸性能大大提高。第二纤维增强材料线或第二纤维增强材料带沿支撑体1的圆周方向和轴向缠绕，使复合材料杆件较全金属杆件的抗压性能大大提高。与全金属杆件相比，重量相等长度相同的情况下，本发明的复合材料杆件的抗拉伸性能及抗压性能均提升20％～40％。且与全金属杆件相比，在达到相同的各项力学指标的情况下，本实施例的复合材料杆件具有明显的重量优势、体积优势和更高的安全系数，可减轻30％的重量。这也意味着本实施例的复合材料杆件将在航空航天、重型机械、汽车等领域有着光明的应用前景。
实施例7
与实施例6不同，如图11所示，本实施例中的耳片2上的柱体25的外面上设有波纹段27，不设有第二凸块26。波纹段27处的外表面为波浪形。第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿支撑体1的圆周方向和轴向缠绕耳片2上的柱体25和支撑体1后加热固化，形成第一纤维增强材料层4。第一纤维增强材料层4与柱体25外表面上的波纹段27机械咬合。从而将支撑体1两端的耳片2与支撑体1连接。第一纤维材料层4的外表面还包裹有第二纤维增强材料层5。第二纤维材料层5由第二纤维增强材料线或第二纤维增强材料带沿支撑体1的圆周方向和轴向缠绕第一纤维增强材料层5后加热固化形成。
第一纤维增强材料层4为第一纤维增强树脂层。第二纤维增强材料层5为第二纤维增强树脂层。第一纤维增强树脂层包括第一纤维和第一树脂。第二纤维增强树脂层包括第二纤维和第二树脂。第一纤维和第二纤维相同或不同。第一纤维和第二纤维选自玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、硼纤维、石棉纤维、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维、棉纤维和剑麻中的一种或任意几种。第一树脂和第二树脂相同或不同。第一树脂和第二树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、苯并噁嗪树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种或任意几种。本实施例的优选方案，第一纤维为碳纤维，第二纤维为玻璃纤维。
本实施例的复合材料杆件，通过第一纤维增强材料线或第一碳纤维增强材料带缠绕耳片2和支撑体1，将耳片2和支撑体1包裹在一起，提高了耳片2与支撑体1之间的结合力。更重要的是，第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿支撑体1的圆周方向和轴向缠绕，使复合材料杆件较全金属杆件的抗压性能大大提高。第二纤维增强材料线或第二纤维增强材料带沿支撑体1的圆周方向和轴向缠绕在第一纤维增强材料层外，进一步提高复合材料杆件的抗压性能大大提高，同时第二纤维选用玻璃纤维，可增强复合材料杆件的耐腐蚀性能，起到保护作用，延长复合材料杆件的使用寿命，扩大复合材料杆件的应用范围。与全金属杆件相比，重量相等长度相同的情况下，本发明的复合材料杆件的抗拉伸性能及抗压性能均提升20％～40％。且与全金属杆件相比，在达到相同的各项力学指标的情况下，本实施例的复合材料杆件具有明显的重量优势、体积优势和更高的安全系数，可减轻30％的重量。这也意味着本实施例的复合材料杆件将在航空航天、重型机械、汽车等领域有着光明的应用前景。
实施例8
如图12-14所示，复合材料杆件包括支撑体1。如图所示的优选示例中，支撑体1呈长条状，由泡沫材料制得。还包括两个连杆6。连杆6的两端分别设有一个耳片2。耳片2呈片状，设有通孔21。通孔21内设有衬套22。衬套22可以选用金属衬套，也可以选用非金属衬套。耳片2与连杆6一体设置，耳片2和连杆6由金属材料制得，或由第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带缠绕后加热固化制得，或采用树脂传递模塑成型工艺形成。本实施例优选，耳片2和连杆6由第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带缠绕后加热固化形成。
支撑体1上设有两个沿轴向延伸的凹槽11。凹槽11与连杆6相适应。连杆6沿图13中箭头方向嵌入凹槽11内，使耳片2伸出凹槽11并设置于支撑体1的端部。位于支撑体1同一端的两个耳片2间隔设置。通过支撑体1同一端的两个耳片2之间的间隙24可容纳其他杆件上的耳片。其他杆件上的耳片插入间隙24内，并将螺栓依次贯穿本实施例中复合材料杆件耳片上的通孔和其他杆件耳片上的通孔，从而实现复合材料杆件与其他杆件之间的连接。通孔21内的衬套22可避免耳片磨损。衬套22磨损后，较耳片2更换方便。
如图12和14所示，支撑体1的外表面包覆有第一纤维增强材料层4。第一纤维增强材料层4由第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿支撑体1的圆周方向和轴向缠绕支撑体1、连杆6和耳片2后加热固化形成。用于形成连杆6和耳片2的第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带的缠绕方向沿支撑体1的轴向。
第一纤维增强材料层4的外表面还可包覆一层第二纤维增强材料层5(如图15所示)。第二纤维材料层5由第二纤维增强材料线或第二纤维增强材料带沿支撑体1的轴向缠绕第一纤维增强材料层4的外表面后加热固化形成。
第一纤维增强材料层4为第一纤维增强树脂层。第一纤维增强材料层包括第一纤维和第一纤维。第二纤维增强材料为第二纤维增强树脂。第二纤维增强树脂包括第二纤维和第二树脂。第三纤维增强材料为第三纤维增强树脂。第三纤维增强树脂包括第三纤维和第三树脂。第一纤维、第二纤维和第三纤维相同或不同。第一纤维、第二纤维和第三纤维选自玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、硼纤维、石棉纤维、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维、棉纤维和剑麻中的一种或任意几种。第一树脂、第二树脂和第三树脂相同或不同。第一树脂、第二树脂和第三树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、苯并噁嗪树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种或任意几种。本实施例的优选方案，第一纤维为碳纤维，第二纤维为玻璃纤维。
本实施例的复合材料杆件，耳片2与连杆6一体设置，由第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带缠绕后加热固化形成，且第三纤维增强材料线或第三纤维增强材料带的缠绕方向沿支撑体1的轴向，使复合材料杆件较全金属杆件的抗拉伸性能大大提高。第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿支撑体1的圆周方向和轴向缠绕，将耳片、连杆和支撑体包裹在一起，使复合材料杆件较全金属杆件的抗压性能大大提高。第二纤维增强材料线或第二纤维增强材料带沿支撑体1的圆周方向和轴向缠绕在第一纤维增强材料层外，进一步提高复合材料杆件的抗压性能大大提高，同时第二纤维选用玻璃纤维，可增强复合材料杆件的耐腐蚀性能，起到保护作用，延长复合材料杆件的使用寿命，扩大复合材料杆件的应用范围。与全金属杆件相比，重量相等长度相同的情况下，本发明的复合材料杆件的抗拉伸性能及抗压性能均提升20％～40％。且与全金属杆件相比，在达到相同的各项力学指标的情况下，本实施例的复合材料杆件具有明显的重量优势、体积优势和更高的安全系数，可减轻30％的重量。这也意味着本实施例的复合材料杆件将在航空航天、重型机械、汽车等领域有着光明的应用前景。
本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。
Claims (16)
1.复合材料杆件，其特征在于，包括支撑体；所述支撑体的两端分别设有至少一个耳片；
所述支撑体的外表面包覆有第一纤维增强材料层；
还包括第一连接件；所述第一连接件包括相配合的第一凸块和第一插槽；所述第一凸块设置在所述耳片和所述支撑体其中之一上，所述第一插槽设置在所述耳片和所述支撑体中的另一个上；所述第一凸块可插拔地插置于所述第一插槽内，将所述耳片安装在所述支撑体的端部。
2.根据权利要求1所述的复合材料杆件，其特征在于，所述支撑体的两端分别设有一个或两个所述耳片；位于所述支撑体同一端的两个所述耳片间隔设置。
3.根据权利要求1所述的复合材料杆件，其特征在于，所述耳片抵靠在所述支撑体上；第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿所述支撑体的轴向缠绕所述支撑体和所述耳片后加热固化形成所述第一纤维增强材料层，并将所述耳片和所述支撑体连接。
4.根据权利要求3所述的复合材料杆件，其特征在于，所述第一纤维增强材料层的外表面还包覆有第二纤维增强材料层；第二纤维增强材料线或第二纤维增强材料带沿所述支撑体的圆周方向和轴向缠绕所述第一纤维增强材料层后加热固化形成所述第二纤维增强材料层。
5.根据权利要求1所述的复合材料杆件，其特征在于，所述耳片抵靠在所述支撑体上；第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿所述支撑体的圆周方向和轴向缠绕所述支撑体和所述耳片后加热固化形成所述第一纤维增强材料层，并将所述耳片和所述支撑体连接。
6.根据权利要求5所述的复合材料杆件，其特征在于，所述第一纤维增强材料层的外表面还包覆有第二纤维增强材料层；所述第二纤维增强材料层由第二纤维增强材料线或第二纤维增强材料带沿所述支撑体的轴向缠绕所述第一纤维增强材料层后加热固化形成。
7.根据权利要求3或6所述的复合材料杆件，其特征在于，所述耳片设有沟槽；所述第一纤维增强材料线或所述第一纤维增强材料带沿轴向缠绕所述耳片时，容置于所述沟槽内；或者所述第二纤维增强材料线或所述第二纤维增强材料带沿轴向缠绕所述耳片时，容置于所述沟槽内。
8.根据权利要求3或6所述的复合材料杆件，其特征在于，所述耳片上设有多个第二凸块；多个所述第二凸块沿圆周方向分布；所述第一纤维增强材料线或所述第一纤维增强材料带沿轴向缠绕、并依次绕过所述支撑体两端耳片上的第二凸块，将所述支撑体两端的耳片与所述支撑体连接；或者所述第二纤维增强材料线或所述第二纤维增强材料带沿轴向缠绕、并依次绕过所述支撑体两端耳片上的第二凸块，将所述支撑体两端的耳片与所述支撑体连接。
9.根据权利要求3或5所述的复合材料杆件，其特征在于，所述耳片的外表面上设有波纹段；所述第一纤维增强材料线或所述第一纤维增强材料带缠绕所述耳片时，与所述波纹段机械咬合。
10.根据权利要求1所述的复合材料杆件，其特征在于，还包括连杆；所述耳片设置在所述连杆的两端；所述支撑体上设有沿轴向延伸的凹槽；所述凹槽与所述连杆相适应；所述连杆嵌入所述凹槽内，使所述耳片伸出所述凹槽设置于所述支撑体的端部。
11.根据权利要求10所述的复合材料杆件，其特征在于，包括两个所述连杆；所述支撑体上设有两个所述凹槽；每个所述连杆嵌入一个所述凹槽内；设置于所述支撑体同一端的两个耳片间隔设置。
12.根据权利要求10所述的复合材料杆件，其特征在于，所述耳片与所述连杆一体设置；所述耳片和所述连杆由金属材料制得，或由第三纤维增强材料层缠绕后加热固化制得，或采用树脂传递模塑成型工艺形成。
13.根据权利要求12所述的复合材料杆件，其特征在于，第一纤维增强材料线或第一纤维增强材料带沿所述支撑体的圆周方向和轴向缠绕所述支撑体、所述连杆和所述耳片后加热固化形成所述第一纤维增强材料层，并将所述连杆和所述支撑体连接。
14.根据权利要求13所述的复合材料杆件，其特征在于，所述第一纤维增强材料层的外表面还包覆有第二纤维增强材料层；所述第二纤维增强材料层由第二纤维增强材料线或第二纤维增强材料带沿所述支撑体的轴向缠绕所述第一纤维增强材料层后加热固化形成。
15.根据权利要求14所述的复合材料杆件，其特征在于，所述第一纤维增强材料层为第一纤维增强树脂层；所述第二纤维增强材料层为第二纤维增强树脂层；所述第三纤维增强材料层为第三纤维增强树脂层；所述第一纤维增强树脂层包括第一纤维和第一树脂；所述第二纤维增强树脂层包括第二纤维和第二树脂；所述第三纤维增强树脂层包括第三纤维和第三树脂；所述第一纤维、所述第二纤维与所述第三纤维相同或不同；所述第一纤维、所述第二纤维或所述第三纤维选自玻璃纤维、碳纤维、金属纤维、硼纤维、石棉纤维、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维、棉纤维和剑麻中的一种或任意几种；所述第一树脂、所述第二树脂和所述第三树脂相同或不同；所述第一树脂、所述第二树脂或所述第三树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、苯并噁嗪树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中的一种或任意几种。
16.根据权利要求1所述的复合材料杆件，其特征在于，所述支撑体由泡沫材料制得。
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