CN112373070A - 一种具有原位监测功能的t形接头构件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有原位监测功能的T形接头构件及其制备方法，包括T形接头构件本体、纤维增强复合材料、基于MWCNT的传感器和制备装置，制备装置包括真空泵、树脂收集器、树脂、真空袋、导流网、脱模布、纤维材料、模具、缠绕纤维、螺栓、垫片、三角区和螺母，基于MWCNT的传感器位于T形接头构件本体的内部，纤维材料至少设有3层，基于MWCNT的传感器的设置在纤维材料的中间层，基于MWCNT的传感器位于纤维材料的下方，真空泵与树脂收集器之间设有连接管一，真空袋与树脂收集器之间设有连接管二，模具位于真空袋的下方。本发明通过设置纤维增强复合材料和基于MWCNT的传感器，降低了制造成本，提高了经济效益。
Description
技术领域
本发明属于航空航天、高铁等领域的复合材料连接构件技术领域，具体涉及一种具有原位监测功能的T形接头构件及其制备方法。
背景技术
T形接头作为铝合金薄板结构组装中的重要连接形式，在航空航天、汽车工业及高速客车车体轻量化结构制造等领域具有广泛的应用前景，它可以在不影响构件整体质量的情况下有效地改善壁板稳定性。但是采用传统熔焊的方式焊接铝合金T形接头时会导致应力集中、焊后残余变形大、多孔性等一系列问题，在长期服役过程中在焊缝缺陷易出现脆性破坏，造成灾难性后果， 纤维增强复合材料是由增强纤维材料，如碳纤维、芳纶纤维等，与基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。其具有轻质高强、比强度高、比模量大、材料性能具有可设计性、抗腐蚀性和耐久性能好的优点，因此越来越受到工作环境复杂、对减重需求大的航空航天等领域的青睐，使用纤维增强复合材料制作T形接头可以有效的改善合金材料焊缝处存在的问题。但纤维增强复合材料在服役过程中，尤其是其在复杂环境中纤维/基体界面粘接脆弱以及损伤的不确定性可能会给其在长期服役带来较为严重的后果， 针对合金材料T形接头焊缝处的存在的缺陷，纤维增强复合材料T形接头得到了广泛的研究。如何将纤维增强复合材料T形接头具化到实际工程应用中成为亟待实现的问题。
发明内容
本发明提出了一种具有原位监测功能的T形接头构件及其制备方法，通过设置纤维增强复合材料和基于MWCNT的传感器，降低了制造成本，提高了经济效益。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种具有原位监测功能的T形接头构件，其包括T形接头构件本体、纤维增强复合材料、基于MWCNT的传感器和制备装置，所述制备装置包括真空泵、树脂收集器、树脂、真空袋、导流网、脱模布、纤维材料、模具、缠绕纤维、螺栓、垫片、三角区和螺母，所述基于MWCNT的传感器位于T形接头构件本体的内部，所述纤维材料至少设有3层，所述基于MWCNT的传感器的设置在纤维材料的中间层，所述基于MWCNT的传感器位于纤维材料的下方，所述真空泵与树脂收集器之间设有连接管一，所述真空袋与树脂收集器之间设有连接管二，所述模具位于真空袋的下方。
在本发明的具有原位监测功能的T形接头构件中，所述连接管二的中部设有支管一，所述支管一的端部与连接管二的一端均插入至真空袋，所述树脂收集器位于模具和真空泵之间。
在本发明的具有原位监测功能的T形接头构件中，所述真空袋为T形结构，所述真空袋设有第一部分和第二部分，所述第一部分放置在模具的上方，所述第二部分的底部设有汇集管一，所述第二部分的体积小于第一体积。
在本发明的具有原位监测功能的T形接头构件中，所述连接管一设有竖直段一、竖直段二和横向段一，所述连接管二设有竖直段三、竖直段四和横向段二，所述支管一位于横向段二的下方。
在本发明的具有原位监测功能的T形接头构件中，所述竖直段三的长度大于竖直段一、竖直段二、竖直段四和支管一的长度，所述竖直段一、竖直段二和横向段一为一体成型，所述竖直段三、竖直段四和支管一为一体成型。
在本发明的具有原位监测功能的T形接头构件中，所述T形接头位于三角区的位置处设有腹板和翼板，所述腹板和翼板上均设有通孔一，并将螺栓和垫片通过螺母固定在通孔一上。
在本发明的具有原位监测功能的T形接头构件中，所述T形接头将缠绕纤维绑定在腹板上，并用树脂进行胶粘。
在本发明的具有原位监测功能的T形接头构件中，所述纤维增强复合材料为玻璃纤维或植物纤维制成，所述基于MWCNT的传感器采用物理气相沉积法进行制备。
在本发明的具有原位监测功能的T形接头构件中，所述螺栓采用高强螺栓，所述纤维材料采用单向玻璃纤维束。
在本发明的具有原位监测功能的T形接头构件及其制造方法中，所述T形接头构件的制作步骤如下：
1）制备时将导流网、脱模布、纤维材料及所述基于MWCNT的传感器按次序铺在模具上；
2）随后利用真空袋进行密封并用真空泵抽取内部真空并进行树脂的抽取，为避免树脂抽进真空泵，在真空泵与真空袋之间放置一个树脂收集器；
3）固化后，将制备好的复合材料制品脱膜，形成具有原位监测功能的纤维增强复合材料T形接头。
实施本发明的这种具有原位监测功能的T形接头构件及其制备方法，具有以下有益效果：本案设置基于MWCNT的传感器和纤维增强复合材料，并将基于MWCNT的传感器嵌入至T形接头构件的内部，T形接头构件采用真空辅助成型工艺制备，也可以通过纤维增强复合材料将承受不同荷载并出现损伤的材料检测出来，这就实现了制造成本的低廉，提高了经济效益，纤维材料可根据需要增加或减少纤维层数以改变厚度来实现不同强度的需要，这样人为控制T形接头的在荷载作用下出现的分层，装置操作非常简便，非常适合获得更高的T形接头。
附图说明
图1为本发明的这种具有原位监测功能的T形接头构件及其制备方法的示意图；
图2为本发明中降雨装置的主视示意图；
图3为本发明中降雨装置的俯视示意图；
图4为本发明中降雨装置的左视示意图；
图5为本发明中进水管和导管与输水槽的连接结构示意图。
图中：导流网1、脱模布2、纤维材料3、 基于MWCNT的传感器4、 模具5、 真空袋6、真空泵7、树脂收集器8、 缠绕纤维9、螺栓10、 垫片11、 螺母12、三角区13、 树脂14、T形接头构件本体15、连接管一16、连接管二17、支管一18、第一部分19、第二部分20、汇集管一21、竖直段一22、竖直段二23、横向段一24、竖直段三25、竖直段四26、横向段二27、腹板28、翼板29、通孔一30。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1至5所示的本发明的这种具有原位监测功能的T形接头构件，其包括T形接头构件本体15、纤维增强复合材料、基于MWCNT的传感器4和制备装置，基于MWCNT的传感器4为现有技术，且基体采用热固性或热塑性树脂，制备装置包括真空泵7、树脂收集器8、树脂14、真空袋6、导流网1、脱模布2、纤维材料3、模具5、缠绕纤维9、螺栓10、垫片11、三角区13和螺母12，基于MWCNT的传感器4位于T形接头构件本体15的内部，使得在提升T形接头层间粘接性能的同时利用MWCNT构成的导电网络实现对内部损伤的监测，纤维材料3至少设有3层，基于MWCNT的传感器4的设置在纤维材料3的中间层，并且采用真空辅助工艺，由于真空辅助成型工艺已经相对成熟，制作难度低，因此可在工厂大批量生产，基于MWCNT的传感器4位于纤维材料3的下方，真空泵7与树脂收集器8之间设有连接管一16，真空袋6与树脂收集8之间设有连接管二17，模具5位于真空袋6的下方，连接管二17的中部设有支管一18，支管一18的端部与连接管二17的一端均插入至真空袋6，树脂收集器8位于模具5和真空泵7之间，真空袋6为T形结构，真空袋6设有第一部分19和第二部分20，第一部分19放置在模具5的上方，第二部分20的底部设有汇集管一21，第二部分20的体积小于第一体积19，连接管一16设有竖直段一22、竖直段二23和横向段一24，连接管二17设有竖直段三25、竖直段四26和横向段二27，支管一18位于横向段二27的下方，竖直段三25的长度大于竖直段一22、竖直段二23、竖直段四26和支管一18的长度，竖直段一22、竖直段二23和横向段一24为一体成型，竖直段三25、竖直段四26和支管一18为一体成型，T形接头位于三角区13的位置处设有腹板28和翼板29，腹板28和翼板29上均设有通孔一30，并将螺栓10和垫片11通过螺母12固定在通孔一30上，T形接头将缠绕纤维9绑定在腹板28上，并用树脂14进行胶粘，纤维增强复合材料为玻璃纤维或植物纤维制成，基于MWCNT的传感器4采用物理气相沉积法进行制备，螺栓10采用高强螺栓，纤维材料3采用单向玻璃纤维束，T形接头构件的制作步骤如下：
1）制备时将导流网1、脱模布2、纤维材料3及所述基于MWCNT的传感器4按次序铺在模具5上；
2）随后利用真空袋6进行密封并用真空泵7抽取内部真空并进行树脂14的抽取，为避免树脂14抽进真空泵7，在真空泵7与真空袋6之间放置一个树脂收集器8；
3）固化后，将制备好的复合材料制品脱膜，形成具有原位监测功能的纤维增强复合材料T形接头。
本发明的工作原理为：首先，纤维材料3可根据需要增加或减少纤维层数改变厚度以实现不同使用强度的需要，当具有原位监测功能的纤维增强复合材料T形接头承受荷载时将会出现分层损伤，嵌入在层间的基于MWCNT的传感器4将会感知到损伤并以电阻增加的形式将损伤反应出来，以此可以判断T形接头是否还具有继续服役的能力。 至此，本发明发明目的得以完成。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有原位监测功能的T形接头构件，包括T形接头构件本体、纤维增强复合材料、基于MWCNT的传感器和制备装置，其特征在于，所述制备装置包括真空泵、树脂收集器、树脂、真空袋、导流网、脱模布、纤维材料、模具、缠绕纤维、螺栓、垫片、三角区和螺母，所述基于MWCNT的传感器位于T形接头构件本体的内部，所述纤维材料至少设有3层，所述基于MWCNT的传感器的设置在纤维材料的中间层，所述基于MWCNT的传感器位于纤维材料的下方，所述真空泵与树脂收集器之间设有连接管一，所述真空袋与树脂收集器之间设有连接管二，所述模具位于真空袋的下方。
2.根据权利要求1所述的具有原位监测功能的T形接头构件，其特征在于，所述连接管二的中部设有支管一，所述支管一的端部与连接管二的一端均插入至真空袋，所述树脂收集器位于模具和真空泵之间。
3.根据权利要求1所述的具有原位监测功能的T形接头构件，其特征在于，所述真空袋为T形结构，所述真空袋设有第一部分和第二部分，所述第一部分放置在模具的上方，所述第二部分的底部设有汇集管一，所述第二部分的体积小于第一体积。
4.根据权利要求2所述的具有原位监测功能的T形接头构件，其特征在于，所述连接管一设有竖直段一、竖直段二和横向段一，所述连接管二设有竖直段三、竖直段四和横向段二，所述支管一位于横向段二的下方。
5.根据权利要求4所述的具有原位监测功能的T形接头构件，其特征在于，所述竖直段三的长度大于竖直段一、竖直段二、竖直段四和支管一的长度，所述竖直段一、竖直段二和横向段一为一体成型，所述竖直段三、竖直段四和支管一为一体成型。
6.根据权利要求1所述的具有原位监测功能的T形接头构件，其特征在于，所述T形接头位于三角区的位置处设有腹板和翼板，所述腹板和翼板上均设有通孔一，并将螺栓和垫片通过螺母固定在通孔一上。
7.根据权利要求6所述的具有原位监测功能的T形接头构件，其特征在于，所述T形接头将缠绕纤维绑定在腹板上，并用树脂进行胶粘。
8.根据权利要求1所述的具有原位监测功能的T形接头构件，其特征在于，所述纤维增强复合材料为玻璃纤维或植物纤维制成，所述基于MWCNT的传感器采用物理气相沉积法进行制备。
9.根据权利要求1所述的具有原位监测功能的T形接头构件，其特征在于，所述螺栓采用高强螺栓，所述纤维材料采用单向玻璃纤维束。
10.根据权利要求1所述的具有原位监测功能的T形接头构件及其制造方法，其特征在于，所述T形接头构件的制作步骤如下：
1)制备时将导流网、脱模布、纤维材料及所述基于MWCNT的传感器按次序铺在模具上；
2)随后利用真空袋进行密封并用真空泵抽取内部真空并进行树脂的抽取，为避免树脂抽进真空泵，在真空泵与真空袋之间放置一个树脂收集器；
3)固化后，将制备好的复合材料制品脱膜，形成具有原位监测功能的纤维增强复合材料T形接头。
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