專利名稱：一種耐沖擊的纖維增強復合材料制件的聯(lián)接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖維增強復合材料制件的聯(lián)接頭，屬于復合材料產(chǎn)品制造技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
纖維增強復合材料，尤其是通過拉擠成型工藝制造的單向纖維增強復合材料 制件具有極高的縱向拉伸強度。拉擠成型工藝的優(yōu)點之一是可以拉制等截面連續(xù) 制品，根據(jù)使用目的截成需要的長度，隨著經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展，高強度的拉擠復 合材料制品的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，如復合絕緣子、線纜穿管器、復合材料連續(xù)抽 油桿、橋梁拉索、復合材料芯導線承力芯材等，同時使用條件也越來越復雜，高 的承載能力是其應(yīng)用不斷擴大的基礎(chǔ)，具體產(chǎn)品的應(yīng)用往往還伴隨動態(tài)載荷沖 擊、腐蝕、電場作用、溫濕環(huán)境變化等的影響。要將大的載荷作用到縱向拉伸強 度極高的單向纖維增強復合材料制件上，需要金屬聯(lián)接頭來傳遞載荷，金屬聯(lián)接 頭具有很好的加工靈活性，其一端以適當?shù)姆绞脚c復合材料制件聯(lián)接，另一端加工成螺紋或卡扣等。授權(quán)公告號為CN2448987、授權(quán)公告日為2001年9月19 日的實用新型專利公開的《一種接頭》；授權(quán)公告號為CN2554334、授權(quán)公告日 為2003年6月4日的實用新型專利公開的《纖維增強復合材料連續(xù)抽油桿接頭》 提出了一類利用楔形塊機構(gòu)來夾緊復合材料制件的聯(lián)接方式，這類聯(lián)接方式由于 在復合材料制件與楔形夾塊的根部存在應(yīng)力集中問題，在長期使用過程中，隨著 動態(tài)載荷沖擊、腐蝕、電場作用、溫濕環(huán)境變化等的影響會發(fā)生復合材料制件的 脆性斷裂，聯(lián)接脫出等失效形式，其聯(lián)接可靠性不能保證。授權(quán)公告號為 CN2368033、授權(quán)公告日為2000年3月8日的實用新型專利公開的《監(jiān)控復合 絕緣子端部聯(lián)接壓接過程的聲發(fā)射檢測裝置》提出了一種壓接聯(lián)接方式，特別適 合于圓棒形復合材料制件的聯(lián)接，方法是將金屬聯(lián)接頭的一端加工成與纖維增強 復合材料圓棒直徑相配合的套管，插入圓棒后，在套管四周用八個夾塊在精準控 制下將其壓縮變形到一定程度抱住圓棒即可，這種聯(lián)接方式成本較低，適于大批 量生產(chǎn)，已在復合絕緣子行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，但這種接頭方式未能充分利用纖維 增強復合材料制件的縱向拉伸強度，在壓接過程中復合材料棒會有一定程度的損 傷，要求整個結(jié)構(gòu)有很高的安全系數(shù)，當纖維增強復合材料制件部分作為長制件使用時，很不經(jīng)濟。對于長制件復合材料用途的高強度復合材料制件的截面不大， 要求纖維增強復合材料制件的強度與聯(lián)接界面的強度相匹配。綜上所述，現(xiàn)有的 聯(lián)接頭的聯(lián)接界面的強度與纖維增強復合材料制件的強度不相當，存在應(yīng)力集中 問題，纖維增強復合材料制件發(fā)生脆性斷裂，聯(lián)接頭的整體結(jié)構(gòu)在動態(tài)載荷沖擊、 環(huán)境溫濕度變化、腐蝕等復雜環(huán)境狀態(tài)下不能長時間可靠服役。因此，設(shè)計一種 聯(lián)接界面無應(yīng)力集中，可以提高纖維增強復合材料制件的穩(wěn)定性和可靠性的聯(lián)接 頭成為亟待解決的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的聯(lián)接頭存在的聯(lián)接界面的強度與纖維增 強復合材料制件的強度不相當，應(yīng)力集中，纖維增強復合材料制件發(fā)生脆性 斷裂，聯(lián)接頭的整體結(jié)構(gòu)在動態(tài)載荷沖擊、環(huán)境溫濕度變化、腐蝕等復雜環(huán) 境狀態(tài)下不能長時間可靠服役的問題，進而提供一種耐沖擊的纖維增強復合 材料制件的聯(lián)接頭。本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種耐沖擊的纖維增強復合材料制件的聯(lián)接頭由 套管、膠粘劑層和楔形緩沖護片組成，所述套管由制成一體的小直徑部分和 大直徑部分組成，所述套管的小直徑部分的外壁上設(shè)有連接螺紋，所述套管 的大直徑部分沿軸線設(shè)有型腔，所述型腔由外向里依次開有護片安裝孔、至 少一級錐形孔和定位孔，每一級錐形孔的大直徑端朝向套管的小直徑部分， 護片安裝孔為錐形孔，護片安裝孔的小直徑端朝向套管的小直徑部分，所述 膠粘劑層貼合在每一級錐形孔壁上，所述楔形緩沖護片安裝在套管的護片安 裝孔內(nèi)，套管的型腔長度為L，每級錐形孔的長度為k，護片安裝孔的長度為 j，定位孔的長度為f 。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果本發(fā)明通過在套管上開設(shè)護 片安裝孔和至少一級錐形孔，并在護片安裝孔內(nèi)安裝楔形緩沖護片改善纖維 增強復合材料制件的局部受力狀態(tài)，避免應(yīng)力集中，纖維增強復合材料制件 不會發(fā)生脆性斷裂，聯(lián)接頭的整體結(jié)構(gòu)在動態(tài)載荷沖擊、環(huán)境溫濕度變化、 腐蝕等復雜環(huán)境狀態(tài)下能夠長時間可靠服役。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、便于推 廣應(yīng)用等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)剖視示意圖，圖2是具體實施方式
七的橫截面 結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是具體實施方式
八的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是具體實施 方式九的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是具體實施方式
十的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一結(jié)合圖l說明本實施方式，本實施方式由套管2、膠粘 劑層3、楔形緩沖護片4和纖維增強復合材料制件1組成，所述套管2由制成 一體的小直徑部分和大直徑部分組成，所述套管2的小直徑部分的外壁上設(shè) 有連接螺紋，所述套管2的大直徑部分沿軸線設(shè)有型腔，所述型腔由外向里 依次開有護片安裝孔2-2、至少一級錐形孔2-l和定位孔2-3，每一級錐形孔 2-l的大直徑端朝向套管2的小直徑部分，護片安裝孔2-2為錐形孔，護片安 裝孔2-2的小直徑端朝向套管2的小直徑部分，所述膠粘劑層3貼合在每一級 錐形孔2-1壁上，所述楔形緩沖護片4安裝在套管2的護片安裝孔2-2內(nèi)，所 述纖維增強復合材料制件1從套管2的大直徑部分插入定位孔2-3內(nèi)，纖維增 強復合材料制件1的直徑為<E>,套管2的型腔長度為L，每級錐形孔2-1的長 度為k，護片安裝孔2-2的長度為j，定位孔2-3的長度為f 。
具體實施方式
二結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的套管2上開 設(shè)的錐形孔2-1的級數(shù)為1 100，且相鄰的兩級錐形孔2-1首尾相連。如此 設(shè)置，纖維增強復合材料制件1的受力狀態(tài)更好，聯(lián)接頭可更長時間可靠服 役。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的套管2上開 設(shè)的錐形孔2-l的級數(shù)為2 30，且相鄰的兩級錐形孔2-l首尾相連。如此設(shè) 置，纖維增強復合材料制件1的受力狀態(tài)更好，聯(lián)接頭可更長時間可靠服役。 其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的套管2由合 金材料制成。例如16Mn或18MnMoNb等。如此設(shè)置，纖維增強復合材料 制件1的受力狀態(tài)更好，聯(lián)接頭可更長時間可靠服役。其它組成和連接關(guān)系 與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的楔形緩沖護片4由聚合物材料制成。例如聚乙烯、聚丙烯、尼龍6、尼龍12或聚氨酯等。如此設(shè)置，纖維增強復合材料制件1的受力狀態(tài)更好，聯(lián)接頭可更長時 間可靠服役。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的膠粘劑層3 由環(huán)氧樹脂材料制成。如此設(shè)置，纖維增強復合材料制件1的受力狀態(tài)更好， 聯(lián)接頭可更長時間可靠服役。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的纖維 增強復合材料制件1的橫截面為3.4x36mm，套管2上開設(shè)的錐形孔2-1的橫 截面的形狀為長方形，錐形孔2-1的級數(shù)為60，且相鄰的兩級錐形孔2-1首 尾相連，套管2的型腔長度L為410mm，每級錐形孔2-1的長度k為6 mm， 護片安裝孔2-2的長度j為35mm,定位孔2-3的長度f為15mm。如此設(shè)置， 聯(lián)接頭在室溫下的破壞強度為348KN,在12(TC下的破壞強度為291KN，可 以在12(TC下長期耐受40 卯KN動態(tài)載荷的沖擊作用。其它組成和連接關(guān)系 與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八結(jié)合圖1和圖3說明本實施方式，本實施方式的纖維 增強復合材料制件1的直徑O為12mm，套管2上開設(shè)的錐形孔2-1的橫截面 的形狀為圓形，錐形孔2-l的級數(shù)為6，且相鄰的兩級錐形孔2-l首尾相連， 套管2的型腔長度L為350mm，每級錐形孔2-1的長度k為50 mm，護片安 裝孔2-2的長度j為35mm，定位孔2-3的長度f為15mm。如此設(shè)置，聯(lián)接頭 在25"C下的破壞強度為126KN,取安全系數(shù)為3，可以長期耐受40KN動態(tài) 載荷的沖擊作用。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
九結(jié)合圖1和圖4說明本實施方式，本實施方式的纖維 增強復合材料制件1的直徑O為10mm，套管2上開設(shè)的錐形孔2-1的橫截面 的形狀為圓形，錐形孔2-1的級數(shù)為20,且相鄰的兩級錐形孔2-l首尾相連, 套管2的型腔長度L為510mm，每級錐形孔2-1的長度k為23 mm，護片安 裝孔2-2的長度j為35mm，定位孔2-3的長度f為15mm。如此設(shè)置，聯(lián)接頭 在25。C下的破壞強度為213KN，在80。C下的破壞強度為189KN，取安全系數(shù) 為3，可以在8(TC下長期耐受60KN動態(tài)載荷的沖擊作用。其它組成和連接 關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十結(jié)合圖1和圖5說明本實施方式，本實施方式的纖維增強復合材料制件1的橫截面為10x10mm,套管2上開設(shè)的錐形孔2-1的橫 截面的形狀為正方形，錐形孔2-l的級數(shù)為6，且相鄰的兩級錐形孔2-l首尾 相連，套管2的型腔長度L為350mm,每級錐形孔2-1的長度k為50 mm， 護片安裝孔2-2的長度j為35mm，定位孔2-3的長度f為15mm。如此設(shè)置， 聯(lián)接頭在25'C下的破壞強度為126KN,取安全系數(shù)為3，可以長期耐受40KN
動態(tài)載荷的沖擊作用。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
結(jié)合圖1說明本發(fā)明的工作原理:所述套管2的大直徑部分沿軸線設(shè)有型腔， 所述型腔由外向里依次開有護片安裝孔2-2、至少一級錐形孔2-1和定位孔2-3， 加入膠粘劑層3，插入纖維增強復合材料制件1，加熱固化膠粘劑層3，使膠粘 劑層3與纖維增強復合材料制件1粘結(jié)為一體，至少一級錐形孔2-l鎖固，護片 安裝孔2-2內(nèi)設(shè)置楔形緩沖護片4，避免纖維增強復合材料制件上存在應(yīng)力集中， 多級錐形腔體2表面平滑，與固化的膠粘劑層3之間為弱界面，在溫濕度變化和 動態(tài)載荷沖擊作用下該界面分離，可減輕纖維增強復合材料制件1使用過程中的 動態(tài)載荷對接頭聯(lián)接界面的沖擊作用，聯(lián)接頭的整體結(jié)構(gòu)在動態(tài)載荷沖擊、環(huán)境 溫濕度變化、腐蝕等復雜環(huán)境狀態(tài)下能夠長時間可靠服役。
權(quán)利要求
1. 一種耐沖擊的纖維增強復合材料制件的聯(lián)接頭，它由套管(2)、膠粘劑層(3)和楔形緩沖護片(4)組成，所述套管(2)由制成一體的小直徑部分和大直徑部分組成，所述套管(2)的小直徑部分的外壁上設(shè)有連接螺紋，其特征在于所述套管(2)的大直徑部分沿軸線設(shè)有型腔，所述型腔由外向里依次開有護片安裝孔(2-2)、至少一級錐形孔(2-1)和定位孔(2-3)，每一級錐形孔(2-1)的大直徑端朝向套管(2)的小直徑部分，護片安裝孔(2-2)為錐形孔，護片安裝孔(2-2)的小直徑端朝向套管(2)的小直徑部分，所述膠粘劑層(3)貼合在每一級錐形孔(2-1)壁上，所述楔形緩沖護片(4)安裝在套管(2)的護片安裝孔(2-2)內(nèi)，套管(2)的型腔長度為(L)，每級錐形孔(2-1)的長度為(k)，護片安裝孔(2-2)的長度為(j)，定位孔(2-3)的長度為(f)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述一種耐沖擊的纖維增強復合材料制件的聯(lián)接頭， 其特征在于所述套管(2)上開設(shè)的錐形孔(2-l)的級數(shù)為1 100,且相鄰的兩級 錐形孔(2-l)首尾相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種耐沖擊的纖維增強復合材料制件的聯(lián)接頭， 其特征在于所述套管(2)上開設(shè)的錐形孔(2-l)的級數(shù)為2 30，且相鄰的兩級 錐形孔(2-l)首尾相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述一種耐沖擊的纖維增強復合材料制件的 聯(lián)接頭，其特征在于所述套管(2)由合金材料制成。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述一種耐沖擊的纖維增強復合材料制件的聯(lián)接頭， 其特征在于所述楔形緩沖護片(4)由聚合物材料制成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種耐沖擊的纖維增強復合材料制件的聯(lián)接頭， 其特征在于所述膠粘劑層(3)由環(huán)氧樹脂材料制成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種耐沖擊的纖維增強復合材料制件的聯(lián)接頭， 其特征在于所述套管(2)上開設(shè)的錐形孔(2-l)的橫截面的形狀為長方形，錐形 孔(2-l)的級數(shù)為60，且相鄰的兩級錐形孔(2-l)首尾相連，套管(2)的型腔長度 (L)為410mm，每級錐形孔(2-l)的長度(k)為6 mm，護片安裝孔(2-2)的長度(j) 為35mm，定位孔(2-3)的長度(f)為15mm。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種耐沖擊的纖維增強復合材料制件的聯(lián)接頭，其特征在于所述套管(2)上開設(shè)的錐形孔(2-l)的橫截面的形狀為圓形，錐形孔 (2-l)的級數(shù)為6，且相鄰的兩級錐形孔(2-l)首尾相連，套管(2)的型腔長度(L) 為350mm，每級錐形孔(2-l)的長度(k)為50 mm，護片安裝孔(2-2)的長度(j)為 55mm，定位孔(2-3)的長度(f)為15mm。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種耐沖擊的纖維增強復合材料制件的聯(lián)接頭， 其特征在于所述套管(2)上開設(shè)的錐形孔(2-l)的橫截面的形狀為圓形，錐形孔 (2-l)的級數(shù)為20，且相鄰的兩級錐形孔(2-l)首尾相連，套管(2)的型腔長度(L) 為510mm，每級錐形孔(2-l)的長度(k)為23 mm，護片安裝孔(2-2)的長度(j)為 35mm，定位孔(2-3)的長度(f)為15mm。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種耐沖擊的纖維增強復合材料制件的聯(lián)接頭， 其特征在于所述套管(2)上開設(shè)的錐形孔(2-l)的橫截面的形狀為正方形，錐形 孔(2-l)的級數(shù)為6，且相鄰的兩級錐形孔(2-l)首尾相連，套管(2)的型腔長度(L) 為350mm，每級錐形孔(2-l)的長度(k)為50 mm，護片安裝孔(2-2)的長度(j)為 35mm，定位孑L(2-3)的長度(f)為15mm。
全文摘要
一種耐沖擊的纖維增強復合材料制件的聯(lián)接頭，它涉及一種纖維增強復合材料制件的聯(lián)接頭。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的聯(lián)接頭存在的聯(lián)接界面的強度與纖維增強復合材料制件的強度不相當，應(yīng)力集中，纖維增強復合材料制件發(fā)生脆性斷裂，聯(lián)接頭的整體結(jié)構(gòu)在動態(tài)載荷沖擊、環(huán)境溫濕度變化、腐蝕等復雜環(huán)境狀態(tài)下不能長時間可靠服役的問題。本發(fā)明的套管(2)上依次開有護片安裝孔(2-2)、至少一級錐形孔(2-1)和定位孔(2-3)，每一級錐形孔(2-1)的大直徑端朝向套管(2)的小直徑部分，護片安裝孔(2-2)為錐形孔，護片安裝孔(2-2)的小直徑端朝向套管(2)的小直徑部分，膠粘劑層(3)貼合在每一級錐形孔(2-1)壁上，楔形緩沖護片(4)安裝在護片安裝孔(2-2)內(nèi)。本發(fā)明在復雜環(huán)境狀態(tài)下能夠長時間可靠服役。
文檔編號F16B11/00GK101265933SQ200810064458
公開日2008年9月17日 申請日期2008年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月7日
發(fā)明者張艷紅, 李澤文, 巍 楊, 哲 王 申請人:黑龍江大學