復(fù)合材料層板與金屬件的連接結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合材料層板與金屬件的連接結(jié)構(gòu)，包括金屬件和復(fù)合材料層板，金屬件表面設(shè)置有凹槽，復(fù)合材料層板的一端鋪設(shè)于凹槽內(nèi)部并與凹槽的一側(cè)側(cè)壁和底面膠接，凹槽內(nèi)部設(shè)置有固定卡片，所述固定卡片卡設(shè)于復(fù)合材料層板和凹槽另一側(cè)內(nèi)壁之間，復(fù)合材料層板、固定卡片和凹槽之間填充有韌性膠體。本發(fā)明在保證艦船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)不下降的情況下，解決鋼結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料的水密堅(jiān)固連接問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】 復(fù)合材料層板與金屬件的連接結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料(FRC)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合材料層板與金屬件的連接結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]FRC具有耐腐蝕，比強(qiáng)度高，以及優(yōu)異的可設(shè)計(jì)性和復(fù)雜結(jié)構(gòu)整體成型的顯著特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)工程，艦艇大尺度復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)研宄必將成為未來(lái)艦船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要發(fā)展方向。然而，相較于傳統(tǒng)鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)高效、低成本的焊接連接技術(shù)，復(fù)合材料與鋼構(gòu)件之間的連接問(wèn)題已成為阻礙復(fù)合材料結(jié)構(gòu)大規(guī)模使用的瓶頸技術(shù)之一。目前復(fù)合材料與鋼構(gòu)件大量使用的連接方式主要為機(jī)械連接(螺釘連接和鉚接)、膠接和混合連接等，然而，機(jī)械連接由于采用穿透型開(kāi)孔，將損傷FRC結(jié)構(gòu)的完整性，且緊密性設(shè)計(jì)困難，膠接則往往難以滿足連接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種復(fù)合材料層板與金屬件的連接結(jié)構(gòu)，在保證艦船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)不下降的情況下，解決鋼結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料的水密堅(jiān)固連接冋題。
[0004]本發(fā)明提供了一種復(fù)合材料層板與金屬件的連接結(jié)構(gòu)，包括金屬件和復(fù)合材料層板，所述金屬件位于復(fù)合材料層板邊緣處，所述金屬件連接面上開(kāi)設(shè)有有燕尾式凹槽，所述凹槽最小寬度大于所述復(fù)合材料層板厚度，所述復(fù)合材料板的邊緣彎曲沿凹槽的內(nèi)側(cè)壁和底面填入凹槽中，在所述凹槽內(nèi)部中所述復(fù)合材料層板與凹槽外側(cè)壁之間設(shè)置有固定卡片，所述固定卡片壓在填入于凹槽底面的復(fù)合材料層板上面，所述復(fù)合材料層板、固定卡片和凹槽之間利用韌性膠體材料整體固化成一體凹槽槽體結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合材料層板與所述凹槽槽體結(jié)構(gòu)一次成型。
[0005]所述復(fù)合材料層板與金屬件的連接面以及凹槽的內(nèi)側(cè)壁和底面膠接。金屬件的軸向方向與復(fù)合材料層板的軸向方向相垂直，金屬件和復(fù)合材料層板相互配合形成L型結(jié)構(gòu)。
[0006]所述金屬件為條狀結(jié)構(gòu)且其長(zhǎng)度與復(fù)合材料層板邊緣寬度相同，凹槽沿金屬件軸向方向設(shè)置，凹槽深度方向與復(fù)合材料層板垂直，凹槽底端寬度大于頂端寬度，與復(fù)合材料緊密貼合的一側(cè)凹槽側(cè)壁夾角小于另一側(cè)凹槽側(cè)壁夾角，與復(fù)合材料緊密貼合的一側(cè)凹槽側(cè)壁高度小于另一側(cè)凹槽側(cè)壁高度且高度差為復(fù)合材料層板厚度，與復(fù)合材料層板鉸接的一側(cè)凹槽側(cè)壁上下拐角均為圓角。
[0007]所述固定卡片為倒U形的彈性結(jié)構(gòu)，固定卡片包括呈圓弧形的連接件，連接件兩端均一體化連接有夾板，所述夾板均向外傾斜，夾板上均勻設(shè)置有通孔，所述夾板分別與對(duì)應(yīng)的復(fù)合材料層板和凹槽內(nèi)側(cè)壁緊密貼合。
[0008]所述固定卡片沿金屬件軸向方向均勻間隔分布于凹槽內(nèi)。
[0009]所述韌性膠體為環(huán)氧樹(shù)脂或橡膠膩?zhàn)印?br> [0010]所述固定卡片的兩個(gè)夾板之間設(shè)置有毛氈或短切纖維，固定卡片一側(cè)夾板與對(duì)應(yīng)的凹槽側(cè)壁之間設(shè)置有纖維織物或毛氈布。與夾板接觸的凹槽一內(nèi)側(cè)壁底部設(shè)置有與夾板相配合的斜面或弧面。
[0011]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，復(fù)合材料層板的端部膠接于金屬件的凹槽內(nèi)部，復(fù)合材料層板與金屬件垂直相交連接一次成型形成L型的連接結(jié)構(gòu)。凹槽截面呈不對(duì)稱(chēng)的燕尾型且凹槽底面兩側(cè)拐角均為圓弧過(guò)渡，保證復(fù)合材料層板能與凹槽內(nèi)側(cè)表面緊密貼合。固定卡片的兩側(cè)卡片分別與復(fù)合材料層板和凹槽側(cè)壁緊密貼合，將復(fù)合材料層板固定于凹槽內(nèi)部，在無(wú)需開(kāi)孔的情況下實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料層板與金屬件的固定安裝。同時(shí)采用固定卡片固定復(fù)合材料層板，便于織物鋪設(shè)，成型工藝簡(jiǎn)單。凹槽內(nèi)注射的韌性膠體進(jìn)一步保證安裝穩(wěn)定性同時(shí)有效確保水密性。同時(shí)由于固定卡片的兩側(cè)夾板設(shè)置有通孔，韌性膠體可通過(guò)通孔進(jìn)入固定卡片與復(fù)合材料層板形成的空間內(nèi)，進(jìn)一步強(qiáng)化安裝穩(wěn)定性。所述固定卡片兩側(cè)夾板形成的內(nèi)部區(qū)域在卡入前預(yù)置有少量毛氈或短切纖維，以防止卡片內(nèi)富膠開(kāi)裂，同時(shí)，夾板與凹槽粘接界面處預(yù)置有I?2層纖維織物或毛氈布，以提高界面粘結(jié)性能。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖
[0013]圖2為固定卡片結(jié)構(gòu)示意圖
[0014]其中，1-金屬件，2-復(fù)合材料層板，3-凹槽，4-固定卡片，41-連接件，42-夾板，43-通孔，5-韌性膠體。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0016]本發(fā)明提供了一種復(fù)合材料層板與金屬件的連接結(jié)構(gòu)，包括包括金屬件I和復(fù)合材料層板2，所述金屬件I位于復(fù)合材料層板2邊緣處，其特征在于，所述金屬件I連接面上開(kāi)設(shè)有有燕尾式凹槽3，所述凹槽3最小寬度大于所述復(fù)合材料層板2厚度，所述復(fù)合材料板2的邊緣彎曲沿凹槽4的內(nèi)側(cè)壁和底面填入凹槽4中，在所述凹槽內(nèi)部中所述復(fù)合材料層板2與凹槽3外側(cè)壁之間設(shè)置有固定卡片4，所述固定卡片4壓在填入于凹槽4底面的復(fù)合材料層板2上面，所述復(fù)合材料層板2、固定卡片4和凹槽3之間利用韌性膠體5材料整體固化成一體凹槽槽體結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合材料層板與所述凹槽槽體結(jié)構(gòu)一次成型。如圖所示，復(fù)合材料層板2的端部固定于金屬件I的凹槽3內(nèi)，兩者垂直相交相互配合形成L型結(jié)構(gòu)，便于安裝使用。復(fù)合材料層板2與凹槽3的接觸部位緊密貼合，保證了連接結(jié)構(gòu)的水密性。固定卡片4卡緊于復(fù)合材料層板2和凹槽3側(cè)壁之間并壓緊于端部的復(fù)合材料層板上方，實(shí)現(xiàn)兩者的固定。復(fù)合材料層板2、固定卡片4頂部和凹槽3側(cè)壁形成的空間內(nèi)灌注有韌性膠體5，強(qiáng)化安裝的同時(shí)有效保證連接結(jié)構(gòu)的水密性。
[0017]上述技術(shù)方案中，所述復(fù)合材料層板2與金屬件I的連接面以及凹槽3的內(nèi)側(cè)壁和底面膠接，進(jìn)一步保證復(fù)合材料層板2和金屬件之間的安裝穩(wěn)定性。金屬件I的軸向方向與復(fù)合材料層板2的軸向方向相垂直，金屬件I和復(fù)合材料層板2相互配合形成L型結(jié)構(gòu)，便于連接結(jié)構(gòu)整體的安裝使用。
[0018]上述技術(shù)方案中，金屬件I為條狀結(jié)構(gòu)且其長(zhǎng)度與復(fù)合材料層板2邊緣寬度相同，凹槽3沿金屬件I軸向方向設(shè)置，凹槽3深度方向與復(fù)合材料層板2垂直，保證復(fù)合材料層板2的端部能完全嵌設(shè)于凹槽3內(nèi)部。凹槽3底端寬度大于頂端寬度，與復(fù)合材料膠接的一側(cè)凹槽3側(cè)壁夾角小于另一側(cè)凹槽3側(cè)壁夾角，凹槽3截面呈燕尾狀，下寬上窄的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步保證復(fù)合材料層板2端部在凹槽3內(nèi)的安裝穩(wěn)定性。與復(fù)合材料膠接的一側(cè)凹槽3內(nèi)側(cè)壁高度小于另一側(cè)凹槽3內(nèi)側(cè)壁高度且高度差為復(fù)合材料層板2厚度，當(dāng)復(fù)合材料層板2相互配合形成L型連接結(jié)構(gòu)時(shí)，復(fù)合材料層板2與金屬件I的頂端位于同一平面內(nèi)，便于連接結(jié)構(gòu)的整體安裝應(yīng)用。與復(fù)合材料層板2鉸接的一側(cè)凹槽3側(cè)壁上下拐角均為圓角。復(fù)合材料層板2鋪設(shè)時(shí)為軟體，凹槽3內(nèi)圓角狀的拐角便于復(fù)合材料層板2的鋪設(shè)，使復(fù)合材料層板2能緊密貼合于凹槽3側(cè)壁及表面，保證連接結(jié)構(gòu)的水密性。
[0019]上述技術(shù)方案中，固定卡片4為倒U形的彈性結(jié)構(gòu)，材質(zhì)應(yīng)為彈簧鋼片或其他具有同等彈性的非金屬材料。固定卡片4包括呈圓弧形的連接件41，連接件兩端均一體化連接有夾板42，所述夾板42均向外傾斜，夾板42上均勻設(shè)置有通孔，兩側(cè)夾板42分別與對(duì)應(yīng)的復(fù)合材料層板2和凹槽3的內(nèi)側(cè)壁緊密貼合。復(fù)合材料層板2和凹槽3側(cè)壁分別向內(nèi)擠壓對(duì)應(yīng)的夾板，所以?shī)A板分別對(duì)復(fù)合材料層板2和凹槽3側(cè)壁施加向外的壓力，進(jìn)一步強(qiáng)化兩者之間的固定連接。韌性膠體5在灌注過(guò)程中可通過(guò)通孔進(jìn)入兩個(gè)夾板之間，進(jìn)一步強(qiáng)化復(fù)合材料層板2和金屬件I之間的固定連接。
[0020]上述技術(shù)方案中，固定卡片4沿金屬件I軸向方向均勻間隔分布于凹槽3內(nèi)。固定卡片4可為完整條狀，也可均勻分為多個(gè)段狀結(jié)構(gòu)。預(yù)制成型時(shí)，可插入連續(xù)條狀的固定卡片4，也可插入離散分布的多個(gè)固定卡片4。
[0021]上述技術(shù)方案中，韌性膠體5為環(huán)氧樹(shù)脂或橡膠膩?zhàn)印?br> [0022]上述技術(shù)方案中，固定卡片4的兩個(gè)夾板之間設(shè)置有毛氈或短切纖維，以防止卡片內(nèi)韌性膠體5開(kāi)裂。固定卡片4 一側(cè)夾板與對(duì)應(yīng)的凹槽3側(cè)壁之間設(shè)置有纖維織物或毛氈布，以提高界面粘結(jié)性能。
[0023]上述技術(shù)方案中，與夾板接觸的凹槽3 —側(cè)側(cè)壁底部設(shè)置有與夾板相配合的斜面或弧面，便于夾板能緊貼于凹槽3側(cè)壁的表面，加大凹槽3側(cè)壁的受力面積，強(qiáng)化固定強(qiáng)度。
[0024]具體實(shí)施例1中，金屬件I采用橫截面為上端矩形，下端削斜的條狀Q235船體鋼，復(fù)合材料層板2采用S玻纖/3201材料，復(fù)合材料層板2與金屬件I 一次整體成型。
[0025]制作前將金屬件11用砂紙打磨光順，用丙酮擦洗干凈，涂刷偶聯(lián)劑溶液(KH560)進(jìn)行表面處理，金屬件I開(kāi)槽方向長(zhǎng)度根據(jù)所需設(shè)置連接長(zhǎng)度確定，一般與其配合的復(fù)合材料層板2邊緣長(zhǎng)度相同。在金屬件I的上表面上沿金屬件I長(zhǎng)度方向開(kāi)設(shè)有凹槽3，槽體內(nèi)左側(cè)夾角40度，右側(cè)夾角60度，復(fù)合材料層板2的織物(約30層)由左側(cè)沿兩者的連接面鋪入至凹槽3底平面，其中最底層I?2層織物延伸鋪設(shè)至凹槽3右側(cè)壁。固定卡片4插入凹槽3實(shí)現(xiàn)織物和凹槽3固定。采用真空輔助成型工藝對(duì)復(fù)合材料層板2和凹槽3的連接處注膠，固化后，外表面被打磨平整。復(fù)合材料層板2嵌入后采用增韌改性環(huán)氧樹(shù)脂填塞復(fù)合材料層板2和凹槽3右側(cè)壁板間的空隙區(qū)域，上表面打磨平整。復(fù)合材料層板2上表面與凹槽3右側(cè)壁頂端平齊。
[0026]具體實(shí)施例2中，金屬件I采用采用橫截面為矩形的條狀Q235船體鋼，復(fù)合材料層合板采用E玻纖/430LV乙稀基脂樹(shù)脂，連接結(jié)構(gòu)與層板一次真空輔助成型。本實(shí)施例結(jié)構(gòu)與具體實(shí)施例1相同。制作時(shí)將金屬件I用噴砂工藝除銹，用丙酮擦洗干凈，涂刷偶聯(lián)劑溶液(KH560)進(jìn)行表面處理；然后將復(fù)合材料層板2端部嵌入凹槽3內(nèi)，最底層I?2層織物應(yīng)延伸鋪設(shè)至凹槽3右側(cè)壁。將帶有通孔的固定卡片4分段插入，固定卡片4內(nèi)預(yù)置少量短切纖維。真空成型復(fù)合材料層板2和鋼成型固化后進(jìn)行表面打磨；最后，采用韌性橡膠體填塞復(fù)合材料層板2和凹槽3右側(cè)壁板間的空隙區(qū)域，待固化后上表面打磨平整。復(fù)合材料上表面與凹槽3右側(cè)壁頂端平齊。
[0027]具體實(shí)施例3中，金屬件I采用橫截面為矩形的條狀907A船體鋼，復(fù)合材料層板2采用S玻纖/環(huán)氧樹(shù)脂，連接結(jié)構(gòu)一次真空輔助成型。本實(shí)施例結(jié)構(gòu)與具體實(shí)施例1相同。金屬件I用噴砂工藝除銹，用丙酮擦洗干凈，涂刷偶聯(lián)劑溶液(KH560)進(jìn)行表面處理；然后將復(fù)合材料層板2嵌入，注意此時(shí)最底層I?2層織物應(yīng)延伸鋪設(shè)至凹槽3右側(cè)壁，將帶有通孔的連續(xù)條狀的固定卡片4整體一次插入，所述固定卡片4為塑料材質(zhì)，固定卡片4內(nèi)預(yù)置少量毛氈布。復(fù)合材料層板2的端部織物和凹槽3固定后，真空成型復(fù)合材料層板2和固定卡片4，成型固化后進(jìn)行表面打磨；最后，采用韌性橡膠體填塞復(fù)合材料層板2和凹槽3右側(cè)壁板間的空隙區(qū)域，待固化后上表面打磨平整。復(fù)合材料層板2上表面與凹槽3右側(cè)壁頂端平齊。
[0028]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
[0029]本說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合材料層板與金屬件的連接結(jié)構(gòu)，包括金屬件(I)和復(fù)合材料層板(2)，所述金屬件(I)位于復(fù)合材料層板(2)邊緣處，其特征在于所述金屬件(I)連接面上開(kāi)設(shè)有有燕尾式凹槽(3)，所述凹槽(3)最小寬度大于所述復(fù)合材料層板(2)厚度，所述復(fù)合材料板(2)的邊緣彎曲沿凹槽⑷的內(nèi)側(cè)壁和底面填入凹槽⑷中，在所述凹槽內(nèi)部中所述復(fù)合材料層板(2)與凹槽(3)外側(cè)壁之間設(shè)置有固定卡片(4)，所述固定卡片(4)壓在填入于凹槽(4)底面的復(fù)合材料層板(2)上面，所述復(fù)合材料層板(2)、固定卡片(4)和凹槽(3)之間利用韌性膠體(5)材料整體固化成一體凹槽槽體結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合材料層板(2)與所述凹槽槽體結(jié)構(gòu)一次成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料層板與金屬件的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于復(fù)合材料層板(2)與金屬件(I)的連接面以及凹槽(3)的內(nèi)側(cè)壁和底面膠接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合材料層板與金屬件的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于金屬件(I)的軸向方向與復(fù)合材料層板(2)的軸向方向相垂直，金屬件(I)和復(fù)合材料層板(2)相互配合形成L型結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合材料層板與金屬件的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于金屬件(I)為條狀結(jié)構(gòu)且其長(zhǎng)度與復(fù)合材料層板(2)邊緣寬度相同，凹槽(3)沿金屬件(I)軸向方向設(shè)置，凹槽(3)深度方向與復(fù)合材料層板(2)垂直，凹槽(3)底端寬度大于頂端寬度，與復(fù)合材料緊密貼合的一側(cè)凹槽(3)側(cè)壁夾角小于另一側(cè)凹槽(3)側(cè)壁夾角，與復(fù)合材料緊密膠接的一側(cè)凹槽(3)內(nèi)側(cè)壁高度小于另一側(cè)凹槽(3)內(nèi)側(cè)壁高度且高度差為復(fù)合材料層板(2)厚度，與復(fù)合材料層板(2)膠接的凹槽(3)內(nèi)側(cè)壁上下拐角均為圓角。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料層板與金屬件的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于固定卡片(4)為倒U形的彈性結(jié)構(gòu)，固定卡片(4)包括呈圓弧形的連接件(41)，連接件(41)兩端均一體化連接有夾板(42)，所述夾板(42)均向外傾斜，夾板(42)上均勻設(shè)置有通孔(43)，所述夾板(42)分別與對(duì)應(yīng)的復(fù)合材料層板(2)和凹槽(3)內(nèi)側(cè)壁緊密貼合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合材料層板與金屬件的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于固定卡片(4)沿金屬件(I)軸向方向均勻間隔分布于凹槽(3)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合材料層板與金屬件的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于韌性膠體(5)為環(huán)氧樹(shù)脂或橡膠膩?zhàn)印?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料層板與金屬件的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于固定卡片(4)的兩個(gè)夾板(42)之間設(shè)置有毛氈或短切纖維，固定卡片(4) 一側(cè)夾板(42)與對(duì)應(yīng)的凹槽(3)側(cè)壁之間設(shè)置有纖維織物或毛氈布。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的復(fù)合材料層板與金屬件的連接結(jié)構(gòu)，其特征在于與夾板(42)接觸的凹槽(3)內(nèi)側(cè)壁底部設(shè)置有與夾板(42)相配合的斜面或弧面。
【文檔編號(hào)】F16B2/22GK104454854SQ201410712969
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】梅志遠(yuǎn), 張志強(qiáng), 李華東, 魯程 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué), 咸寧海威復(fù)合材料制品有限公司