CN105034412B - 一种高效抗疲劳复合材料与金属的连接接头及其连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高效抗疲劳复合材料与金属的连接接头及其连接方法，该连接接头包括接头底座、连接柱、压紧件和卡扣，接头底座为圆筒形，连接柱的一端固定在接头底座的外壁上；卡扣由两个半圆瓦组成，其合成一个圆筒时，内径大于接头底座的外径，卡扣上对应连接柱的位置有连接柱安装孔；连接柱的另一端安装压紧件。本发明能够避免复合材料管在机械连接时对管件的损伤；通过卡扣可以将受力部分从管件的内部铺层传递到外部铺层，使受力更加均匀，满足复合材料零部件对结构的拉伸、弯曲、剪切等较强作用力的要求。

Description

一种高效抗疲劳复合材料与金属的连接接头及其连接方法

技术领域

本发明属技术领域，涉及一种高效抗疲劳复合材料与金属的连接接头及其连接方法。

背景技术

在石油化工、机械制造等领域，复合材料的应用日益增多，各种结构件的连接问题经常出现。复合材料管结构构件的接头一般分为金属接头和复合材料接头。复合材料接头主要有以下几类：一是短纤维模塑接头、长纤维缠绕接头、层压板接头、预成型结构件接头、三维编织或厚度方向增强结构等接头结构形式。但与考虑疲劳性及不同材料(主要是金属)之间的配合，复合材料接头存在疲劳性能差，不能在较大扭力和长时间下受剪切力。因此在树脂基复合材料管中，金属接头被大量应用。

金属接头与复合材料连接方式主要分为三类：胶连接、机械连接(包括螺栓连接和铆接)与混合连接(包含胶连接机械连接)。但从连接效率来看，复合材料结构应尽量采用共固化或二次胶接，少用机械连接，以免钻孔切断纤维。但是由于胶接强度分散性大、剥离强度低等原因，因而对于要传递较高载荷或强调可靠性的部位，一般机械连接仍是常用的连接方法。在一般的机械连接中主要是通过后期制孔，采用螺栓进行紧固，这样会对纤维有很大的损伤，极大的影响复合材料管的扭转和拉伸性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高效抗疲劳复合材料与金属的连接接头及其连接方法，是一种预埋方式的高效抗疲劳复合材料与金属的连接接头及其连接方法。

为解决以上技术问题，本发明可通过以下技术方案予以解决：

本发明的一种高效抗疲劳复合材料与金属的连接接头，包括接头底座、连接柱、压紧件和卡扣，所述接头底座为圆筒形，所述连接柱的一端固定在所述接头底座的外壁上；卡扣由两个半圆瓦组成，其合成一个圆筒时，内径大于所述接头底座的外径，卡扣上对应所述连接柱的位置有连接柱安装孔；连接柱的另一端安装压紧件。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种高效抗疲劳复合材料与金属的连接接头,所述接头底座为金属材料，金属底座利于进一步与外部进行连接；

所述连接柱的一端固定在所述接头底座的外壁上的固定方式为焊接、铆接、螺纹连接或胶结，根据含有的连接柱的数量和规格选择简单的固定方式。

所述连接柱的一端固定在所述接头底座的外壁上为连接柱垂直于所述接头底座的外壁，即呈辐射状，且为了保证纤维束不在连接柱顶端挂纱形成架桥，连接柱的最外端含有0.1～80°的拔模锥度；

所述连接柱的数量为1～1000个，直径为1～100mm；

所述连接柱为螺柱或铆钉柱；当所述连接柱为螺柱时，压紧件为螺母；

当所述连接柱为铆钉柱时，压紧件为铆钉头；所述卡扣采用金属或复合材料材质，所述卡扣的长度与所述接头底座的长度相等；所述卡扣的连接柱安装孔为椭圆形、长方形。

本发明还提出以上连接接头的连接方法，先将连接柱固定于接头底座的外壁表面，再安装于复合材料管缠绕成型模具，复合材料管缠绕成型时，在连接柱之间也缠绕复合材料，并且与复合材料共固化，然后将卡扣扣在复合材料表面，卡扣的连接柱安装孔对应连接柱，最后将压紧件安装在连接柱露出的端头上，最后再进行最终固化成型。

作为优选的技术方案：

本发明的连接方法，在连接柱之间也缠绕复合材料，纤维丝束的缠绕角度为0～90°；所述共固化的程度为30％～100％。卡扣的紧固通过后期的固化过程可以更加牢固。

有益效果

本发明的一种高效抗疲劳复合材料与金属的连接接头及其连接方法，能够避免复合材料管在机械连接时对管件的损伤；通过卡扣可以将受力部分从管件的内部铺层传递到外部铺层，使受力更加均匀，满足复合材料零部件对结构的拉伸、弯曲、剪切等较强作用力的要求。钉状结构结合卡扣结构将金属连接件与复合材料管件连接的更加牢固，使结构的抗疲劳强度大大增加，解决了复合材料在结构件应用中的连接性能差的问题，使零部件在拉、压、弯、剪的工作状态下长时间使用。

附图说明

图1为本发明中复合材料管和金属连接接头的装配示意图

图2为本发明中金属连接接头主体部分及压紧件示意图

图3为本发明中金属连接接头的卡扣示意图

图中：

1，接头底座；2，连接柱；3，压紧件；4，卡扣；5，复合材料管

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1-3所示，本发明的一种高效抗疲劳复合材料与金属的连接接头，包括接头底座1、连接柱2、压紧件3和卡扣4，接头底座1为圆筒形，连接柱2的一端固定在接头底座1的外壁上；卡扣4由两个半圆瓦组成，其合成一个圆筒时，内径大于接头底座1的外径，卡扣4上对应连接柱2的位置有连接柱安装孔；连接柱2的另一端安装压紧件3。

其中，接头底座1为金属材料；连接柱2的一端固定在接头底座1的外壁上的固定方式为焊接、铆接、螺纹连接或胶结；连接柱2的一端固定在接头底座1的外壁上为连接柱2垂直于接头底座1的外壁，即呈辐射状，且为了保证纤维束不在连接柱2顶端挂纱形成架桥，连接柱2的最外端含有0.1～80°的拔模锥度；连接柱2的数量为1～1000个，直径为1～100mm；连接柱2为螺柱或铆钉柱；当连接柱2为螺柱时，压紧件3为螺母；当连接柱2为铆钉柱时，压紧件3为铆钉头；卡扣4采用金属或复合材料材质，卡扣4的长度与接头底座1的长度相等；卡扣4的连接柱安装孔为椭圆形、长方形。

本发明的采用以上的连接接头的连接方法，先将连接柱2固定于接头底座1的外壁表面，再安装于复合材料管5缠绕成型模具，复合材料管5缠绕成型时，在连接柱2之间也缠绕复合材料，并且与复合材料共固化，然后将卡扣4扣在复合材料表面，卡扣4的连接柱安装孔对应连接柱2，最后将压紧件3安装在连接柱2露出的端头上，最后再进行最终固化成型。

其中，在连接柱2之间也缠绕复合材料，纤维丝束的缠绕角度为0～90°；所述共固化的程度为30％～100％。

Claims (10)

1.一种高效抗疲劳复合材料与金属的连接接头，其特征是：包括接头底座(1)、连接柱(2)、压紧件(3)和卡扣(4)，所述接头底座(1)为圆筒形，所述连接柱(2)的一端固定在所述接头底座(1)的外壁上；卡扣(4)由两个半圆瓦组成，其合成一个圆筒时，内径大于所述接头底座(1)的外径，卡扣(4)上对应所述连接柱(2)的位置有连接柱安装孔；连接柱(2)的另一端安装压紧件(3)，连接柱的最外端含有0.1～80°的拔模锥度；连接柱(2)沿接头底座外周均布。

2.根据权利要求1所述的连接接头，其特征在于，所述接头底座(1)为金属材料；所述连接柱(2)的一端固定在所述接头底座(1)的外壁上的固定方式为焊接、铆接、螺纹连接或胶结。

3.根据权利要求1所述的连接接头，其特征在于，所述连接柱(2)的一端固定在所述接头底座(1)的外壁上为连接柱(2)垂直于所述接头底座(1)的外壁，即呈辐射状。

4.根据权利要求1所述的一种高效抗疲劳复合材料与金属的连接接头，其特征在于，所述连接柱(2)的直径为1～100mm。

5.根据权利要求1所述的连接接头，其特征在于，所述连接柱(2)为螺柱或铆钉柱；当所述连接柱(2)为螺柱时，压紧件(3)为螺母；当所述连接柱(2)为铆钉柱时，压紧件(3)为铆钉头。

6.根据权利要求1所述的连接接头，其特征在于，所述卡扣(4)采用金属或复合材料材质，所述卡扣(4)的长度与所述接头底座(1)的长度相等。

7.根据权利要求1所述的连接接头，其特征在于，所述卡扣(4)的连接柱安装孔为椭圆形、长方形。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的连接接头的连接方法，其特征在于，先将连接柱(2)固定于接头底座(1)的外壁表面，再安装于复合材料管(5)缠绕成型模具，复合材料管缠绕成型时，在连接柱之间也缠绕复合材料，并且与复合材料共固化，然后将卡扣(4)扣在复合材料表面，卡扣(4)的连接柱安装孔对应连接柱(2)，最后将压紧件(3)安装在连接柱(2)露出的端头上，最后再进行最终固化成型。

9.根据权利要求8所述的连接接头的连接方法，其特征在于，所述在连接柱之间也缠绕复合材料，纤维丝束的缠绕角度为0～90°。

10.根据权利要求8所述的连接接头的连接方法，其特征在于，所述共固化的程度为30％～100％。

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