CN214499683U - 一种碳纤维复合材料塔型混合连接结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种碳纤维复合材料塔型混合连接结构，它包括塔型对称碳纤维层合板（1）、对称阶梯形碳纤维层合板（3）；所述对称阶梯形碳纤维层合板（3）为阶梯型，对称阶梯形碳纤维层合板（3）的阶梯面底面与胶层（5）连接；所述胶层（5）另一侧与塔型对称碳纤维层合板（1）连接；多个膨胀螺钉（2）分别贯穿混合连接结构上下层的塔型对称碳纤维层合板（1）、对称阶梯形碳纤维层合板（3）与胶层（5）；所述塔型对称碳纤维层合板（1）内部填充填充料（4）；本实用新型解决现有连接结构易变形、表面冗余、承载能力有限的问题，吸取了传统碳纤维单一连接结构的优点并整合，弥补了传统连接结构的不足。
Description
技术领域
本实用新型涉及碳纤维复合材料领域，特别是一种碳纤维复合材料塔型混合连接结构。
背景技术
复合材料作为一种新型的材料，其特点是由两种及以上不同性质的材料用物理和化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。纤维复合材料由增强纤维材料和基体两部分组成，增强纤维和基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺组合成为常用的复合材料结构，如层合板或者蜂窝结构。其中，碳纤维复合材料比强度高、重量轻且耐腐蚀性能优异，因此广泛应用于航空航天、高速列车、汽车等领域。
现有的碳纤维连接结构常采用单一的连接方式，主要为螺钉连接、胶粘连接、Z-pin连接等。螺钉连接是一种机械连接，这种方式安全可靠，但容易造成螺钉孔周围的应力集中，时间长后会导致纤维或者基体破坏，进而降低了材料的承载性能；胶黏连接无需增加额外的连接件，轻质、高效而且密封性能优异，但连接强度低，不能用于主要承载结构；Z-pin连接工艺复杂，不便于工程运用。
传统碳纤维U型结构和矩形结构在制备时通常是由几块碳纤维板沿边直接粘接而成，结构拐角处纤维不连续，以此作为承载结构时在拐角处会出现应力集中，产生连接处脱胶、层合板分层等破坏，从而极大的降低了接头处的连接强度和结构整体承载性能，受力结构易发生断裂。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种碳纤维复合材料塔型混合连接结构；碳纤维复合材料混合连接结构用层合板制备，采用合理的铺层设计，在保证结构强度、刚度、密封性的基础上，能够连续不间断铺设碳纤维，充分利用碳纤维连续时优良的性能；同时保证了结构在接头处表面平整，整体美观，消除了接头冗余，使接头表面达到一定的粗糙度，方便涂层；减小孔边应力集中，提高接头密封性。在大型结构中应用该连接结构可提高接头性能，增强整体结构承载能力，接头表面平整，密封性好。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种碳纤维复合材料塔型混合连接结构，它包括塔型对称碳纤维层合板、对称阶梯形碳纤维层合板；所述对称阶梯形碳纤维层合板为阶梯型，对称阶梯形碳纤维层合板的阶梯面底面与胶层连接；所述胶层另一侧与塔型对称碳纤维层合板连接；多个膨胀螺钉分别贯穿混合连接结构上下层的塔型对称碳纤维层合板、对称阶梯形碳纤维层合板与胶层。
进一步的，碳纤维复合材料塔型混合连接结构为上下、左右对称结构。
进一步的，所述塔型对称碳纤维层合板由多层塔型预浸料层铺设并成型；所述对称阶梯形碳纤维层合板由多层平板型预浸料层铺设并成型，采用合理的铺层设计，利用了增强纤维在纤维方向上强度很高，而基体作为连续相可以充分包裹增强纤维，起到粘结作用、均衡载荷、传递应力和保护纤维的作用。
所述胶层为专门应用于碳纤维复合材料的胶粘材料。
进一步的，所述塔型对称碳纤维层合板内部填充填充料。
进一步的，所述膨胀螺钉长度随对称阶梯形碳纤维层合板与胶层的总厚度调整，至少使用8个膨胀螺钉，保证配合可靠，安装完成。
进一步的，所述塔型对称碳纤维层合板内部填充填充料。
更进一步的，所述塔型对称碳纤维层合板内部填充填充料，填充料为蜂窝芯材和低密度泡沫芯材的任意一种，以提高结构整体刚度，并减小孔边应力集中问题。
本实用新型具有以下优点：本实用新型设计的碳纤维复合材料混合连接结构，规避了传统碳纤维复合材料连接结构的缺点与不足，吸取了单一连接结构的优点并整合，连接结构表面平整、整体美观，接头表面可达到一定的粗糙度、连接强度高、密封性好，可用于大型结构的混合连接结构；同时涉及的铺层方法，可以保证塔型碳纤维结构纤维连续不间断，大大提高了碳纤维复合材料连接结构的强度、刚度，该铺层方法可以扩展应用到其他含拐角结构，如矩形结构的碳纤维层合板的制备过程，应用范围广。
附图说明
图1 为本实用新型的结构示意图；
图2 为本实用新型的结构俯视图；
图中：1-塔型对称碳纤维层合板，2-膨胀螺钉，3-对称阶梯形碳纤维层合板，4-填充料，5-胶层。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
如图1-图2所示，一种碳纤维复合材料塔型混合连接结构，它包括塔型对称碳纤维层合板1、对称阶梯形碳纤维层合板3；所述对称阶梯形碳纤维层合板3为阶梯型，对称阶梯形碳纤维层合板3的阶梯面底面与胶层5连接；所述胶层5另一侧与塔型对称碳纤维层合板1连接；多个膨胀螺钉2分别贯穿混合连接结构上下层的塔型对称碳纤维层合板1、对称阶梯形碳纤维层合板3与胶层5；所述塔型对称碳纤维层合板1内部填充填充料4。
本实用新型的工作过程如下：将三层塔型预浸料层铺设好后热压成型生成塔型对称碳纤维层合板1，成型后在塔型空腔内放入与之形状匹配的内部填充料4，蜂窝芯材、低密度泡沫芯材任意一种皆可，添加填充料4可满足大型结构对板厚的需要，同时能有效提高结构整体刚度，减小螺钉孔处的应力集中，按图1方法铺层制备得到的塔型层合板碳纤维在拐角处连续，可提高结构整体性能。然后将六层平板型预浸料层按图1所示铺设好后热压成型形成对称阶梯形碳纤维层合板3，将塔型对称碳纤维层合板1与对称阶梯形碳纤维层合板3连接区域涂抹专门用于连接碳纤维层合板的胶粘材料固化形成胶层5，固化后在图2所示螺钉处打孔，最后根据实际结构尺寸选择膨胀螺钉2，所述膨胀螺钉2长度能够贯穿上下对称阶梯形层合板并插入左右塔型层合板，并且膨胀螺钉2沿左右对称塔型碳纤维层合板的粘接面对称放置，保证配合可靠，安装完成，形成塔型的上下左右对称的碳纤维复合材料混合连接结构。所述的碳纤维复合材料混合连接结构，吸取了传统碳纤维单一连接结构的优点并整合，提出了一种表面平整、整体美观、接头表面可达到一定的粗糙度、连接强度高、密封性好、可用于大型结构的混合连接结构，同时提出了新的铺层方法，有较好的应用前景。
Claims (8)
1.一种碳纤维复合材料塔型混合连接结构，其特征在于：包括塔型对称碳纤维层合板（1）、对称阶梯形碳纤维层合板（3）；所述对称阶梯形碳纤维层合板（3）为阶梯型，对称阶梯形碳纤维层合板（3）的阶梯面底面与胶层（5）连接；所述胶层（5）另一侧与塔型对称碳纤维层合板（1）连接；多个膨胀螺钉（2）分别贯穿混合连接结构上下层的塔型对称碳纤维层合板（1）、对称阶梯形碳纤维层合板（3）与胶层（5）。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料塔型混合连接结构，其特征在于：所述塔型对称碳纤维层合板（1）内部填充填充料（4）。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料塔型混合连接结构，其特征在于：碳纤维复合材料塔型混合连接结构为上下、左右对称结构。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料塔型混合连接结构，其特征在于：所述塔型对称碳纤维层合板（1）由多层塔型预浸料层铺设并成型。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料塔型混合连接结构，其特征在于：所述对称阶梯形碳纤维层合板（3）由多层平板型预浸料层铺设并成型。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料塔型混合连接结构，其特征在于：所述胶层（5）为专门应用于碳纤维复合材料的胶粘材料。
7.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料塔型混合连接结构，其特征在于：所述膨胀螺钉（2）长度随对称阶梯形碳纤维层合板（3）与胶层（5）的总厚度调整，至少使用8个膨胀螺钉（2）。
8.根据权利要求2所述的一种碳纤维复合材料塔型混合连接结构，其特征在于：所述填充料（4）为蜂窝芯材和低密度泡沫芯材的任意一种。
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Publications (1)
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| CN214499683U true CN214499683U (zh) | 2021-10-26 |
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2020
- 2020-11-26 CN CN202022776418.5U patent/CN214499683U/zh active Active
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