智能复合材料螺栓的制备方法、复合材料螺栓及使用方法技术

本发明专利技术涉及复合材料技术领域，特别涉及一种智能复合材料螺栓的制备方法、复合材料螺栓及使用方法，制备方法包括将碳纤维浸泡在树脂胶液中；将浸泡后的碳纤维按一定规律布置形成预制体；采用表面绝缘的导电纱线按预设的涡流线圈走线对预制体进行局部缝合；将缝合好的预制体放入成型模具中成型成复合材料螺栓。通过采用表面绝缘的导电纱线按预设的涡流线圈走线对预制体进行局部缝合，最后放入成型模具中成型成螺栓解决现有方法在实际检测时对检测现场要求高，无法检测螺栓内部裂纹和孔边损伤的问题，从而使制得的螺栓力学性能提高、减少涡流线圈的磨损，延长使用寿命，并实现实时监测螺栓及其连接结构的健康状态，预测结构寿命的效果，保证安全。保证安全。保证安全。

【技术实现步骤摘要】
智能复合材料螺栓的制备方法、复合材料螺栓及使用方法


[0001]本专利技术涉及复合材料
，特别涉及一种智能复合材料螺栓的制备方法、复合材料螺栓及使用方法。

技术介绍

[0002]机械连接是多层连接结构常用的连接方式，用于传递较高的载荷，其方式有螺栓连接、销钉连接和铆钉连接等。中，螺栓连接由于其可靠性高、承载能力强、便于重复拆装以及使用维护简便等特点被广泛应用于航空航天连接结构。由于飞机在整个飞行寿命期间，长期并循环承受各种形式的载荷，又飞行环境恶劣，常在带有盐水环境中飞行，作为主承力构件的飞机金属结构容易磨损、腐蚀、疲劳。而连接结构由于孔边应力集中，载荷形式复杂等特点，极易造成结构失效。已有研究表明，接近80％的结构失效是由连接结构造成的。随着科学技术的进步，特别是航空航天领域高精尖技术的迅猛发展，传统金属材料已不能完全满足使用需求。与传统金属材料相比，复合材料有着质量轻、比强度高、比模量高、热膨胀系数小与尺寸稳定等诸多优点。目前复合材料已经发展成为与金属材料、无机非金属材料、高分子材料并列的四大材料体系之一。
[0003]CN106153721A的专利《一种螺栓裂纹检测方法及螺纹裂纹检测装置》，公布日为2016.11.23，公开了一种螺栓裂纹检测方法及螺栓裂纹检测装置，所述螺栓裂纹检测方法包含以下步骤：S1,设计加工含标准深度模拟裂纹的对比试块；S2，定制超声波双晶探头；S3，在对比试块上进行超声灵敏度调节，取超声波高60％为检测基准波高；S4，若在始波与底波之间没有出现超出基准波高的波形信号，则判定该螺栓没有裂纹；若在始波与底波之间出现超出基准波高的波形信号，判定该螺栓裂纹超标。所述螺栓裂纹检测装置包含超声波探伤仪、超声波双晶探头、耦合剂、对比试块；所述耦合剂用于将所述超声波双晶探头耦合到被检测螺栓的钉盖上；所述超声波双晶探头通过信号线连接到所述超声波探伤仪。本专利技术的螺栓裂纹检测方法及装置能够满足小裂纹的检测，灵敏度高。
[0004]然而该方法在裂纹检测中可以发挥一定作用，但是具有较大的局限性：在实际检测时对检测现场要求高，无法检测螺栓内部裂纹和孔边损伤。

技术实现思路

[0005]为解决上述现有技术中在实际检测时对检测现场要求高，无法检测螺栓内部裂纹和孔边损伤的不足，本专利技术提供一种智能复合材料螺栓的制备方法，包括以下步骤：
[0006]将碳纤维浸泡在树脂胶液中；
[0007]将浸泡后的所述碳纤维按一定规律布置形成预制体；
[0008]采用表面绝缘的导电纱线按预设的涡流线圈走线对所述预制体进行局部缝合；
[0009]将缝合好的所述预制体放入成型模具中成型成复合材料螺栓。
[0010]在一实施例中，将浸泡后的所述碳纤维以平面铺设的形式按一定规律布置形成所述预制体，采用表面绝缘处理的所述导电纱线按照预设的涡流线圈走线对所述预制体进行
局部缝合。
[0011]在一实施例中，通过螺旋缠绕技术将连续的所述碳纤维交叉缠绕在回转体芯模表面形成所述预制体，将所述预制体展开，采用表面绝缘处理的所述导电纱线按照预设的涡流线圈走线对展开后的所述预制体进行局部缝合。
[0012]在一实施例中，所述涡流线圈用于与外部测试电路相连接，所述涡流线圈可以是单激励—单接收或单激励—多接收的平行四边形/三角形线圈中的一种或多种。
[0013]在一实施例中，所述局部缝合工艺可以为缝合纱线、锁式/链式缝合工艺中的一种或多种。
[0014]在一实施例中，将不同材质的所述导电纱线按照预先设计的涡流传感器内若干个涡流线圈的分布规律缝合至所述预制体。
[0015]在一实施例中，将缝合好的所述预制体进行充分的树脂胶液浸润后形成模压成型前的模压料，将所述模压料放入模压成型模具中成型成复合材料螺栓。
[0016]本专利技术还提供一种复合材料螺栓，包括安装部和连接部，所述复合材料螺栓由碳纤维、树脂和表面绝缘的导电纱线通过模具成型制成，其中，所述导电纱线形成涡流线圈，涡流线圈嵌入由碳纤维制成的所述复合材料螺栓的内部，且碳纤维包裹于所述涡流线圈的外层。
[0017]在一实施例中，所述涡流线圈为环向、轴向按照一定的规律分布的导电纱线形成的线圈阵列，以实现通过特定角度、深度线圈的感应电压是否变化来辨识复合材料螺栓及其连接结构中的损伤角度和深度，通过线圈的感应电压变化来表征损伤扩展度。
[0018]本专利技术还提供一种复合材料螺栓的使用方法，其中，所述复合材料螺栓采用上述智能复合材料螺栓的制备方法制备的复合材料螺栓，或者为上述的复合材料螺栓，使用方法如下：
[0019]在没有损伤时测量一组涡流线圈的感应电压信号作为比较信号；
[0020]检测时，高频交变电流源发送交变信号至各涡流线圈的激励线圈，涡流传感器内部由若干涡流线圈组成的接收线圈层通过信号采样系统连接到信号显示及处理系统，切换开关转换器，使得传感器内部各接收线圈的感应电压依次输入至所述信号显示及处理系统得到特定角度、深度线圈的实时感应电压信号；
[0021]所述信号显示及处理系统通过获取的特定角度、深度涡流线圈的实时感应电压信号与比较信号比较来辨识损伤角度和深度，通过涡流线圈的感应电压变化来表征损伤扩展度。
[0022]基于上述，与现有技术相比，本专利技术所提供的一种智能复合材料螺栓的制备方法、复合材料螺栓及使用方法，其中，制备方法通过采用表面绝缘的导电纱线按预设的涡流线圈走线对预制体进行局部缝合，最后放入成型模具中成型成螺栓解决了现有方法在实际检测时对检测现场要求高，无法检测螺栓内部裂纹和孔边损伤的问题，从而使制得的螺栓力学性能提高、并且减少涡流线圈的磨损，延长其使用寿命，并实现实时监测螺栓及其连接结构的健康状态，预测结构寿命的效果，保证安全。本专利技术提供复合材料螺栓的使用方法，检测高效，能实时监测螺栓及其连接结构的健康状态，预测螺栓及其连接结构的寿命。
[0023]本专利技术的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他有益效果可通过在说
明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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；在下面描述中附图所述的位置关系，若无特别指明，皆是图示中组件绘示的方向为基准。
[0025]图1为本专利技术提供的智能复合材料螺栓的制备方法步骤图；
[0026]图2为本专利技术提供的智能复合材料螺栓制作工艺流程图
[0027]图3为本专利技术提供的预制体制作中螺旋缠绕示意图；
[0028]图4为本专利技术提供的成型模具结构图；
[0029]图5为本专利技术提供的复合材料螺栓使用方法示意图。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能复合材料螺栓的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将碳纤维浸泡在树脂胶液中；将浸泡后的所述碳纤维按一定规律布置形成预制体；采用表面绝缘的导电纱线按预设的涡流线圈走线对所述预制体进行局部缝合；将缝合好的所述预制体放入成型模具中成型成复合材料螺栓。2.根据权利要求1所述的智能复合材料螺栓的制备方法，其特征在于：将浸泡后的所述碳纤维以平面铺设的形式按一定规律布置形成所述预制体，采用表面绝缘处理的所述导电纱线按照预设的涡流线圈走线对所述预制体进行局部缝合。3.根据权利要求1所述的智能复合材料螺栓的制备方法，其特征在于：通过螺旋缠绕技术将连续的所述碳纤维交叉缠绕在回转体芯模表面形成所述预制体，将所述预制体展开，采用表面绝缘处理的所述导电纱线按照预设的涡流线圈走线对展开后的所述预制体进行局部缝合。4.根据权利要求2或3所述的智能复合材料螺栓的制备方法，其特征在于：所述涡流线圈用于与外部测试电路相连接，所述涡流线圈可以是单激励—单接收或单激励—多接收的平行四边形/三角形线圈中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的智能复合材料螺栓的制备方法，其特征在于：所述局部缝合工艺可以为缝合纱线、锁式/链式缝合工艺中的一种或多种。6.根据权利要求5所述的智能复合材料螺栓的制备方法，其特征在于：将不同材质的所述导电纱线按照预先设计的涡流传感器内若干个涡流线圈的分布规律缝合至所述预制体。7.根据权利要求1所述的智能复合材料螺栓的制备方法，其特征在于：将缝合好的所述预制体进行充分的树脂胶液浸润后形...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙虎，张义明，卿新林，王奕首，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：