一种复合材料吊挂杆件结构制造技术

本发明专利技术公开了一种复合材料吊挂杆件结构，所述杆件结构包括两个金属接头和一个复合材料筒身，其中：所述复合材料筒身的两端分别与金属接头连接；所述金属接头包括两个金属耳片和一个金属连接结构，两个金属耳片设置在金属连接结构的首端，金属连接结构的末端与复合材料筒身内筒的端部连接。本发明专利技术采用的是复合材料与金属相互结合的结构，大大减轻了结构体的重量，提高了结构效率。本发明专利技术为复合材料与金属结合的连杆一体式设计并且承受载荷的结构方案，这样能充分利用结构材料，减少结构的质量。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料吊挂杆件结构
本专利技术属于飞机减重
，涉及一种飞机吊挂盒传力结构，具体涉及一种复合材料与金属结合的杆件结构。
技术介绍
飞机的发展主要以低成本、高运载能力为目标，要达到这个目标首先要解决的是结构减重问题。吊挂盒段下连杆是吊挂盒段的重要传力零件，用于连接吊挂盒段底部和机翼下翼面，传递发动机推力。传统飞机，包括B737、B777、C919飞机均采用金属材料，但随着复合材料技术的进步，相比于传统钢制连杆结构，如果吊挂连杆采用金属和复合材料相结合，可以减重50％～60％，潜在经济效益巨大。因此，发展复合材料连杆是实现飞机减重目的的关键技术之一。现有采用复合材料的连杆结构，与钢质的同类构件相比重量降低了35％。但是对于设计人员来说，如何保证复合材料结构的设计符合纤维特性并且确保构件在使用时安全可靠是一个巨大的挑战。与金属结构相比，复合材料在载荷情况下的行为更复杂，所以不能简单地用纤维复合结构替代金属结构。连杆作为飞机中的关键部件，其研制技术直接决定其性能，而其性能又对飞机有很大的影响，如连杆在工作过程中主要承受拉伸载荷和压缩载荷，其服役过程中的可靠性显得至关重要，尤其是复合材料筒和金属接头之间的耐久性。
技术实现思路
针对现有复合材料连杆的筒身和金属接头之间的耐久性差的问题，本专利技术提供了一种复合材料吊挂杆件结构。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种复合材料吊挂杆件结构，包括两个金属接头和一个复合材料筒身，其中：所述复合材料筒身的两端分别与金属接头连接；所述金属接头包括两个金属耳片和一个金属连接结构，两个金属耳片设置在金属连接结构的首端，金属连接结构的末端与复合材料筒身内筒的端部连接。相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术采用的是复合材料与金属相互结合的结构，大大减轻了结构体的重量，提高了结构效率。2、本专利技术的主要减重在复合材料筒身结构上，由于连杆主要承受拉力和压力，本专利技术设置的复合材料筒身的铺层角度能使得复合材料有效承受拉力和压力，通过螺栓连接增加连杆的筒身和金属接头之间的耐久性。3、本专利技术为复合材料与金属结合的连杆一体式设计并且承受载荷的结构方案，这样能充分利用结构材料，减少结构的质量。附图说明图1为未缠复合材料的金属接头的结构原理图；图2为本专利技术的连杆的整体结构示意图；图3为本专利技术的金属接头的结构示意图；图4为图2中金属接头的部分正面结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。具体实施方式一：本实施方式提供了一种复合材料与金属结合的杆件结构，如图1-4所示，所述杆件结构包括两个金属接头1和一个复合材料筒身2，其中：所述复合材料筒身2的两端分别与金属接头1连接；所述金属接头1包括两个金属耳片1-1和一个金属连接结构1-2，两个金属耳片1-1设置在金属连接结构1-2的首端，金属连接结构1-2的末端与复合材料筒身2内筒的端部连接，两个金属耳片1-1和金属连接结构1-2为一体结构。本实施方式中，利用螺栓将金属连接结构1-2和复合材料筒身2内筒的端部连接在一起。本实施方式中，在两个金属耳片1-1之间的金属连接结构1-2端部设置螺栓孔，复合材料筒身2与金属接头1不仅仅是胶接形式，也通过螺栓来增强连接强度，从而提高此杆件的拉伸和弯曲强度。本实施方式中，杆件结构原理示意图如图1至图4所示，当杆件受到拉力和压力时，金属耳片1-1将拉力和压力在金属连接结构1-2的末端胶接和螺栓连接的共同作用传递于复合材料筒身2，使拉力和压力能够很好的传递。本实施方式中，杆件的设计方法如下：对于复合材料杆件，由于尺寸限制，其复合材料筒身厚度很薄，因此复合材料杆件的结构设计尤为重要。复合材料筒身在缠绕工艺过程中的缠绕线型设计和铺层顺序设计往往先于工艺设计，造成设计与工艺脱节。铺层优化设计的结果在工艺上往往无法满足纤维稳定的要求，导致优化设计的目标无法实现，需要重新设计，并进行大量的试验工艺摸索。通过对接头缠绕轨迹的计算，可以确定理论优化设计的边界条件，大幅度减少试错试验的数量，降低成本的同时，可以得到可行的最优方案。复合材料连杆在纤维与金属接头处的缠绕层由于连续纤维缠绕的原因，在接头附近将产生纤维堆积现象，这种纤维堆积将导致接头厚度出现不连续的非线性变化，接头附近复合材料堆高限制接头的设计尺寸，以及复合材料在缠绕过程中纤维滑线、架空等现象。此外，如何精确预测各种缠绕线型和缠绕层分布下的接头附近厚度分布，对复合材料接头有限元建模的精确性也影响极大。因此，通过对缠绕厚度的精确预测，同时对每种线型在接头处的轨迹分布进行精确计算后，可以得到每种线型在每个单元范围内的厚度堆积情况和缠绕角精确值，然后再逐点代入有限元单元中，可进行更加精确的有限元计算。在以上工作的基础上，通过联用Abaqus和迭代计算程序以及缠绕线型表，设计不同的缠绕线型，进而以应变均匀为设计目标，对各种允许线型下的变形情况进行计算并优选，达到复合材料筒身的强度和刚度优化设计，进而完成整个杆件的设计。本实施方式中，复合材料筒身2的铺层角度为±10°。本实施方式中，金属连接结构1-2的末端与复合材料筒身2内筒的端部采用楔形胶接和螺栓连接的共同连接方式。本实施方式中，复合材料筒身的材质为纤维增强复合材料。具体实施方式二：本实施方式提供了一种复合材料筒身的缠绕方法，所述方法包括如下步骤：S1、根据浸胶与胶液含量及缠绕张力对制品的影响确定张力制度，利用张力制度缠绕使各层碳纤维的初应力相等，使内模和碳纤维复合材料的变形相协调。胶液含量的高低、变化及分布对纤维缠绕制品性能影响很大：一是直接影响对制品质量和厚度的控制；二是从强度角度看，含胶量过高，会使制品复合强度降低。含胶量过低，制品空隙率增加，使制品气密性、耐老化性能及剪切强度下降。同时也影响纤维强度的发挥。此外，胶液含量过大的变化会引起不均匀的应力分布，并在某些区域引起破坏。因此，纤维浸胶过程必须严格控制。在纤维缠绕过程中，纤维所受的张紧力称缠绕张力，是缠绕工艺的重要参数。张力大小、各束纤维间张力的均匀性以及各缠绕层之间缠绕张力的均匀性，对制品质量影响极大。(1)张力对制品机械性能的影响纤维缠绕制品的强度和疲劳性能与缠绕张力有密切的关系。张力过小，制品强度偏低。由于张力小，连杆在承载时变形就大，而连杆的变形越大，其耐疲劳性能就越差；张力过大，由于纤维磨损而使其强度损失增大，制品强度下降。缠绕张力能使树脂基体产生预应力，从而可提高基体抵抗开裂的能力。纤维缠绕结构承压时，由于应变集中，开裂首先都在垂直纤维方向的树脂基体开始。因为垂直纤维方向的允许变形比纤维方向约低10倍。缠绕张力可使纤维间的树脂产生预应力，从而提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料吊挂杆件结构，其特征在于所述杆件结构包括两个金属接头和一个复合材料筒身，其中：/n所述复合材料筒身的两端分别与金属接头连接；/n所述金属接头包括两个金属耳片和一个金属连接结构，两个金属耳片设置在金属连接结构的首端，金属连接结构的末端与复合材料筒身内筒的端部连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合材料吊挂杆件结构，其特征在于所述杆件结构包括两个金属接头和一个复合材料筒身，其中：
所述复合材料筒身的两端分别与金属接头连接；
所述金属接头包括两个金属耳片和一个金属连接结构，两个金属耳片设置在金属连接结构的首端，金属连接结构的末端与复合材料筒身内筒的端部连接。


2.根据权利要求1所述的复合材料吊挂杆件结构，其特征在于所述金属耳片和金属连接结构为一体结构。


3.根据权利要求1所述的复合材料吊挂杆件结构，其特征在于所述复合材料筒身的铺层角度为±10°。


4.根据权利要求1或2所述的复合材料吊挂杆件结构，其特征在于所述金属连接结构的端部设置螺栓孔。


5.根据权利要求1所述的复合材料吊挂杆件结构，其特征在于所述金属连接结构的末端与复合材料筒身内筒的端部采用楔形胶接和螺栓连接的共同连接方式。


6.根据权利要求1或3所述的复合材料吊挂杆件结构，其特征在于所述复合材料筒身的材质为纤维增强复合材料。

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【专利技术属性】
技术研发人员：徐忠海，邹肖灿，王荣国，赫晓东，
申请(专利权)人：深圳烯创先进材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44