一种紧固件及设计方法技术

本发明专利技术提供一种紧固件及设计方法，所述的紧固件包括栓体和边界型面，所述的栓体与边界型面一体化加工，所述的栓体穿过被连接装置的通孔，所述的边界型面与栓体连接的端面与被连接装置的表面接触；所述的边界型面为不规则立体形状，其形状由被连接装置的材料和紧固件材料的面内各方向和厚度方向的热膨胀系数，以及紧固件栓体的直径和被连接结构的厚度确定。本发明专利技术使得在受热的情况下，紧固件边界型面的轮廓与被连接材料的型面轮廓是重合的，不发生分离，也不发生干涉，降低由于热胀系数不匹配造成的破坏风险，有效降低紧固件高温松动的风险。险。险。

【技术实现步骤摘要】
一种紧固件及设计方法


[0001]本专利技术属于紧固件设计
，具体涉及一种紧固件及设计方法。

技术介绍

[0002]热结构对于防热和减重是非常有利的，因此受到国内外航空航天领域的广泛关注。为了提高弹体的空间利用率，热结构的内部一般都要安放一些设备，如末制导雷达等，因此大多数热结构舱体设计有便于安放设备的口盖，然后利用耐高温金属紧固件将复合材料的舱体和口盖组装连接。由于紧固件的热膨胀系数与热结构的热膨胀系数存在差异，如金属紧固件的热膨胀系数比陶瓷基复合材料的热膨胀系数大一个数量级，并且热结构所选用的复合材料可能在平面内两方向的热膨胀系数是不同的，如2.5D、三维编织C/SiC复合材料等，所以口盖连接部位在升温的过程中会出现松动的现象，从而对导弹的安全飞行造成影响。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种紧固件及设计方法。本专利技术方案能够解决上述现有技术中存在的问题。
[0004]本专利技术的技术解决方案：
[0005]根据第一方面，提供一种紧固件，所述的紧固件包括栓体和边界型面，所述的栓体与边界型面一体化加工，所述的栓体穿过被连接装置的通孔，所述的边界型面与栓体连接的端面与被连接装置的表面接触；所述的边界型面为不规则立体形状，其形状由被连接装置的材料和紧固件材料的面内各方向和厚度方向的热膨胀系数，以及紧固件栓体的直径和被连接结构的厚度确定。
[0006]进一步的，所述的被连接材料的面内各个方向的热膨胀系数的求解方法为：由d1、d2方向的热膨胀系数，旋转不同的θ角度，获得对应的d1'、d2'方向的热膨胀系数，d1、d2方向与d1'、d2'方向的热膨胀系数，之间的关系为：
[0007]α
d1'
(T)＝α
d1
(T)cos2(θ)+α
d2
(T)sin2(θ)，α
d2'
(T)＝α
d1
(T)sin2(θ)+α
d2
(T)cos2(θ)其中，θ为两坐标系间的转角，T为材料的温度，α
d1
，α
d2
分别为d1、d2方向的热膨胀系数，α
d1'
，α
d2'
分别为d1'、d2'方向的热膨胀系数。
[0008]进一步的，所述的边界型面的型面方程为：
[0009]y＝Cx
p'
其中，T0为环境温度，x,y分别代表平面内方向和厚度方向，其中C为常数，可以由紧固件栓体的直径和被连接材料的厚度求得；α
y2
、α
y1
分别为被连接材料和紧固件材料厚度方向的热膨胀系数，为不同θ角下面内d1'方向的热膨胀系数，α
x1
为紧固件材料面内热膨胀系数。
[0010]根据第二方面，提供上述一种紧固件的设计方法，包括以下步骤：
[0011]确定被连接装置的材料、尺寸；
[0012]根据被连接装置的尺寸和受力、受热情况，确定紧固件栓体的尺寸和材料；
[0013]根据被连接装置的材料和紧固件的材料确定被连接装置平面内任意方向和厚度方向的热膨胀系数；
[0014]根据获得的热膨胀系数、栓体的直径和被连接装置的厚度，获的紧固件边界型面。
[0015]进一步的，所述的被连接装置平面内任意方向的热膨胀系数的求解步骤为：
[0016]确定被连接装置平面内两个方向的热膨胀系数；
[0017]对得到的两个方向的热膨胀系数进行相应角度旋转，获得任意方向的热膨胀系数。
[0018]进一步的，所述的紧固件边界型面的确定步骤为：
[0019]根据获得的被连接装置和紧固件的热膨胀系数、栓体的直径和被连接装置的厚度，带入到边界型面的型面方程中，获得任意方向的紧固件边界型面的曲线形状；
[0020]将获得的曲线形状在三维软件中生成三维模型，从而获得紧固件边界型面的形状。
[0021]本专利技术与现有技术相比的有益效果：
[0022](1)本专利技术通过紧固件边界型面的设计，使得在受热的情况下，紧固件边界型面的轮廓与被连接材料的型面轮廓是重合的，不发生分离，也不发生干涉，因此就没有干涉引起的约束力，有效减小各向异性材料被连接材料与紧固件间的径向和周向热应力，降低由于热胀系数不匹配造成的破坏风险；
[0023](2)本专利技术可以协调紧固件和各向异性材料被连接结构的厚度方向变形，有效降低紧固件高温松动的风险。
附图说明
[0024]所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1示出了根据本专利技术实施例提供的一种紧固件示意图；
[0026]图2示出了根据本专利技术实施例提供的热膨胀系数转换坐标示意图；
[0027]图3示出了根据本专利技术实施例提供的任意方向的热膨胀系数与θ角的关系；
[0028]图4示出了根据本专利技术实施例提供的p'与θ角的关系；
[0029]图5示出了根部本专利技术实施例提供的紧固件边界型面的形状。
具体实施方式
[0030]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0032]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紧固件，其特征在于，所述的紧固件包括栓体和边界型面，所述的栓体与边界型面一体化加工，所述的栓体穿过被连接装置的通孔，所述的边界型面与栓体连接的端面与被连接装置的表面接触；所述的边界型面为不规则立体形状，其形状由被连接装置的材料和紧固件材料的面内各方向和厚度方向的热膨胀系数，以及紧固件栓体的直径和被连接结构的厚度确定。2.根据权利要求1所述的一种紧固件，其特征在于，所述的被连接材料的面内各个方向的热膨胀系数的求解方法为：由d1、d2方向的热膨胀系数，旋转不同的θ角度，获得对应的d1'、d2'方向的热膨胀系数，d1、d2方向与d1'、d2'方向的热膨胀系数，之间的关系为：α
d1
'(T)＝α
d1
(T)cos2(θ)+α
d2
(T)sin2(θ)，α
d2
'(T)＝α
d1
(T)sin2(θ)+α
d2
(T)cos2(θ)其中，θ为两坐标系间的转角，T为材料的温度，α
d1
，α
d2
分别为d1、d2方向的热膨胀系数，α
d1'
，α
d2'
分别为d1'、d2'方向的热膨胀系数。3.根据权利要求2所述的1所述的一种紧固件，其特征在于，所述的边界型面的型面方程为：y＝Cx
p'...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶永强，许斌，刘健，宋锋，陈雄斌，汤龙生，李杰，
申请(专利权)人：北京空天技术研究所，
类型：发明
国别省市：