CN211390194U - 一种降低脆性材料开孔结构应力集中的结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种降低脆性材料开孔结构应力集中的结构，包括开孔的脆性材料，还包括依次设置在脆性材料的开孔两侧的底胶层、面胶层、共形补片和第二面胶层。通过底胶层和面胶层对共形补片进行粘贴，让共形补片可以分担带孔部位的承受载荷，降低开孔部位应力集中，提高开孔脆性材料的整体承载能力。

Description

一种降低脆性材料开孔结构应力集中的结构

技术领域

本实用新型涉及脆性材料技术领域，具体的说，是一种降低脆性材料开孔结构应力集中的结构。

背景技术

为满足某些特定的功能需求，脆性材料往往会设计一些开孔结构。在外加载荷作用下，开孔结构易出现应力集中效应，进而引发裂纹的萌生。由于材料本身的脆性特征，裂纹萌生后将迅速扩展，使结构在低载荷下发生失效，从而严重影响其功能完整性，缩短其使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种降低脆性材料开孔结构应力集中的结构，用于解决现有技术中由于材料本身的脆性特征，裂纹萌生后将迅速扩展，使结构在低载荷下发生失效，从而严重影响其功能完整性，缩短其使用寿命的问题。

本实用新型通过下述技术方案解决上述问题：

一种降低脆性材料开孔结构应力集中的结构，包括开孔的脆性材料，还包括依次设置在脆性材料的开孔两侧的底胶层、面胶层、开孔与所述脆性材料上的开孔的形状和尺寸相同的共形补片和第二面胶层。通过底胶层和面胶层对共形补片进行粘贴，让共形补片可以分担带孔部位的承受载荷，降低开孔部位应力集中，提高开孔脆性材料的整体承载能力。

优选地，所述共形补片由碳纤维布涂刷面胶后置于PTFE板中间，再放入真空袋抽真空固化后经裁剪和开孔得到，并且开孔与所述脆性材料上的开孔的形状和尺寸相同。

优选地，所述PTFE板的厚度大于2mm。

优选地，所述底胶层由底胶树脂和固化剂按比例搅拌均匀后涂刷在粘贴区域，再在表面覆盖PTFE膜后放入真空袋抽真空固化形成底胶层。

优选地，所述面胶层由面胶树脂和固化剂按比例搅拌均匀后涂刷并使其完全覆盖底胶层，再在表面覆盖PTFE膜后放入真空袋抽真空固化形成面胶层。

优选地，所述抽真空的真空度大于-75kPa。

优选地，所述碳纤维布的抗拉强度≥2000MPa、弹性模量≥150GPa，伸长率≥1％。

优选地，所述面胶树脂的正拉粘接强度≥2.5MPa，抗拉强度≥30MPa，抗压强度≥70MPa，剪切强度≥10MPa，抗弯强度≥40MPa。

优选地，所述底胶树脂应满足正拉粘结强度≥2.5MPa。

优选地，所述共形补片为方形或圆形，其边长或直径大于开孔孔径的2.5倍。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本实用新型通过胶层粘共形补片，让补片分担带孔部位的载荷，降低开孔部位的应力集中，提高开孔脆性材料的整体承载能力。

(2)本实用新中的型共形补片的开孔尺寸和形状与脆性材料上的开孔相同，能让共形补片与脆性材料之间具有更好的受力共性，提高承载能力。

附图说明

图1是本实用新型实施例中材料开孔修复的整体示意图；

图2是本实用新型的及修复后的结构侧面结构；

图3是本实用新型实施例与对比例中两种试样的三点弯曲载荷-时间曲线；

图4是本实用新型实施例与对比例中两种试样孔边应变随孔距的变化曲线；

附图中标记：1-脆性材料；2-共形补片；3-面胶层；4-底胶层；5-第二面胶层。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1和2所示，一种降低脆性颗粒复合材料开孔结构应力集中的结构，包括开孔的脆性材料，还包括依次设置在脆性材料的开孔两侧的底胶层4、面胶层3、开孔与所述脆性材料上的开孔的形状和尺寸相同的共形补片和第二面胶层5。由于开孔的位置是具有多种可能的，本实施例的开孔为边缘开孔且开孔的横截面为半圆形，具体的粘接步骤如下：

第一步：表面预处理，将开孔部位的表面用无水乙醇轻轻擦拭，去除表面污垢及粉尘；

第二步：共形补片2制备，在PTFE板上涂刷面胶，将剪裁好的碳纤维布平铺在PTFE板上，在碳纤维布表面再次涂刷面胶并用PTFE板覆盖。随后将裱好的碳纤维布连同上下两块PTFE板一同放入真空袋中，抽取真空后静置使面胶固化，抽取真空的真空度为-80kPa。从制好的碳纤维板上裁取一块边长为24mm的正方形补片，用雕刻机在其中心位置打出一个Φ＝8mm的圆孔，再将补片对半剪裁，获得形状、尺寸与脆性材料1开孔完全相同的补片即共形补片2；

第三步：涂刷底胶，按比例将底胶树脂主剂与固化剂置于容器中，搅拌均匀，并根据环境温度严格控制使用时间。将调配好的底胶均匀涂刷于带孔结构周围，涂刷区域大小与补片尺寸相同。在涂刷好底胶的结构表面覆盖PTFE薄膜，并用滚刷沿同一方向反复滚压去除气泡，随后将结构连同PTFE薄膜一同放入真空袋中，抽取真空后静置使底胶固化，抽取真空的真空度为-80kPa；

第四步：粘贴共形补片2，按比例将面胶树脂主剂与固化剂置于容器中，搅拌均匀，并根据环境温度严格控制使用时间。将调配好的面胶均匀涂抹于带孔结构周围，使之完全覆盖底胶。粘贴碳纤维补片，然后用滚刷沿同一方向反复滚压。在粘好补片的表面覆盖PTFE薄膜，将结构连同PTFE薄膜一同放入真空袋中，抽取真空后静置使面胶固化，抽取真空的真空度为-80kPa；

第五步：涂面胶，在补片的表面及其边缘涂刷面胶，随后在涂胶表面覆盖PTFE薄膜，然后置于真空袋中抽取真空，静置使面胶完全固化，抽取真空的真空度为-80kPa；

第六步：自然养护，将粘好的脆性材料1取出在干燥通风处静置12h，以保证共形补片2粘贴质量。

本实施例中所述共形补片2粘贴方式为双面粘贴，具体为将两片形状、大小完全相同的开孔补片对称粘贴在带孔结构表面两侧，同时保证补片与结构的开孔位置完全重合。

本实施例中，共形补片2为矩形，其边长为24*12mm，其长边和短边边长均为半圆孔长径与短径的3倍。碳纤维布抗拉强度为3685MPa、弹性模量为246GPa，伸长率为1.76％。面胶树脂正拉粘接强度为4.94MPa，抗拉强度为41.6MPa，抗压强度为72.5MPa，剪切强度为15.4MPa，抗弯强度为54MPa。PTFE板表面平整光滑，厚度为3mm。底胶树脂正拉粘结强度为3.86MPa。

将未粘贴补片的脆性颗粒复合材料开孔试样作为对比例。

利用材料试验机对上述两种试样进行三点弯曲测试，试样的载荷-时间曲线如图3所示。利用DIC获得试样孔边应变随孔距的变化曲线，如图4所示。

可以直观的看出，粘贴补片后，孔边应变水平急剧降低，由此可知，碳纤维补片对于降低开孔结构的应力集中起到了明显的作用。

实施例2

在实施例1的基础上，若开孔的截面弧长大于半圆，应从碳纤维板上取下两块补片，然后进行开孔得到共形补片2，按照开孔进行粘贴，完成之后进行修剪；若开孔的截面弧长小于半圆，则只需取一块补片，然后将补片裁剪成与开孔相匹配的两块相同的共形补片2。

尽管这里参照本实用新型的解释性实施例对本实用新型进行了描述，上述实施例仅为本实用新型较佳的实施方式，本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (5)

1.一种降低脆性材料开孔结构应力集中的结构，包括开孔的脆性材料，其特征在于：还包括依次设置在脆性材料的开孔两侧的底胶层、面胶层、开孔与所述脆性材料上的开孔的形状和尺寸相同的共形补片和第二面胶层；所述共形补片包括碳纤维布和PTFE板，为方形或圆形，其边长或直径大于开孔孔径的2.5倍。

2.根据权利要求1所述的降低脆性材料开孔结构应力集中的结构，其特征在于：所述PTFE板的厚度大于2mm。

3.根据权利要求1所述的降低脆性材料开孔结构应力集中的结构，其特征在于：所述碳纤维布的抗拉强度≥2000MPa、弹性模量≥150GPa，伸长率≥1％。

4.根据权利要求1所述的降低脆性材料开孔结构应力集中的结构，其特征在于：所述面胶层包括面胶树脂，所述面胶树脂的正拉粘接强度≥2.5MPa，抗拉强度≥30MPa，抗压强度≥70MPa，剪切强度≥10MPa，抗弯强度≥40MPa。

5.根据权利要求1所述的降低脆性材料开孔结构应力集中的结构，其特征在于：所述底胶层包括底胶树脂，所述底胶树脂的正拉粘结强度≥2.5MPa。

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