一种基于纤维增强的金属复合构件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于纤维增强的金属复合构件，包括：金属基体，金属基体上设置有与水平方向呈预设角度的若干凹槽，若干凹槽内填充有纤维材料。本实用新型专利技术基于金属材料颈缩发生处变形增加但抗拉承载力下降，而纤维材料的承载力随其拉伸变形增加而增加的特性，通过预设角度的若干凹槽中的纤维材料与金属共同承担拉力的作用。在颈缩发生处，通过纤维材料的承载力增强弥补金属材料承载力的下降，从而避免颈缩的发生或在多处发生颈缩，避免金属复合构件在一个位置发生局部颈缩而断裂，提高金属复合构件的变形能力。属复合构件的变形能力。属复合构件的变形能力。

A metal composite component based on fiber reinforcement

【技术实现步骤摘要】
一种基于纤维增强的金属复合构件


[0001]本技术涉及复合材料
，尤其涉及的是一种基于纤维增强的金属复合构件。

技术介绍

[0002]金属材料是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称，包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等，金属材料由于具有耐高温性、抗腐蚀性、高延展性等特点，成为国民经济、人民日常生活及国防工作、科学技术发展必不可少的基础材料和重要的战略物资。
[0003]颈缩是指在拉应力作用下，材料发生局部截面缩减的现象，现有金属材料由于有效截面积的微小差异，在受到拉应力时，容易在局部位置发生颈缩而断裂。
[0004]因此，现有技术还有待改进和发展。

技术实现思路

[0005]本技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于纤维增强的金属复合构件，旨在解决现有金属材料在受到拉应力时，容易在局部位置发生颈缩而断裂的问题。
[0006]本技术解决问题所采用的技术方案如下：
[0007]第一方面，本技术实施例提供一种基于纤维增强的金属复合构件，其特征在于，包括：金属基体，所述金属基体上设置有与水平方向呈预设角度的若干凹槽，若干所述凹槽内填充有纤维材料。
[0008]所述的基于纤维增强的金属复合构件，其中，所述预设角度为15
°
～60
°
或120
°
～165
°
。
[0009]所述的基于纤维增强的金属复合构件，其中，所述纤维材料的极限应变为1％～15％。
[0010]所述的基于纤维增强的金属复合构件，其中，若干所述凹槽的形状相同，若干所述凹槽的横截面形状为圆形、正方形或长方形。
[0011]所述的基于纤维增强的金属复合构件，其中，若干所述凹槽设置于所述金属基体表面，且若干所述凹槽沿所述金属基体的长轴方向等间距设置。
[0012]所述的基于纤维增强的金属复合构件，其中，若干所述凹槽设置于所述金属基体内部。
[0013]所述的基于纤维增强的金属复合构件，其中，所述预设角度、纤维材料用量以及纤维材料刚度满足公式：
[0014]其中，
[0015][0016][0017]α为预设角度，A
frp
为纤维材料用量，E
frp
为纤维材料弹性模量，A
metal
为所述金属基体的初始横截面面积，r
p0
为金属基体中心到纤维材料中心的距离，r
b0
为金属基体的半径，ε
y，fracture
，σ
local
(ε
y，fracture
)和E
hardening
由金属基体对应的颈缩截面的局部工程应力应变曲线确定，ε
y，fracture
为颈缩处轴向局部的轴向断裂应变，σ
local
(ε
y，fracture
)为颈缩处轴向断裂应变ε
y，fracture
对应的截面局部应力，E
hardening
为颈缩截面的局部工程应力应变曲线的强化段斜率。
[0018]所述的基于纤维增强的金属复合构件，其中，若干所述凹槽与所述纤维材料接触的面上设置有喷砂层。
[0019]本技术的有益效果：本技术的金属复合构件通过预设角度的若干凹槽中的纤维材料共同承担拉应力作用，避免局部的颈缩发生或让整个金属复合构件在多处位置发生颈缩，避免金属复合材料在一个位置发生局部颈缩而断裂，提高金属复合材料的变形能力。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，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。
[0021]图1是本技术实施例提供的基于纤维增强的金属复合构件的结构示意图；
[0022]图2是本技术实施例提供的金属基体对应的颈缩截面的局部工程应力应变曲线图；
[0023]图3是本技术实施例提供的若干凹槽设置于金属基体内部时，基于纤维增强的金属复合构件的侧视图；
[0024]图4是本技术实施例1和实施例2中提供的金属复合构件的应力应变曲线图。
[0025]附图中各标记：1、金属基体；2、凹槽；11、第一金属组件；12、第二金属组件；13、第三金属组件；14、第四金属组件；15、第五金属组件。
具体实施方式
[0026]为使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0027]需要说明，若本技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0028]颈缩是指在拉应力作用下，材料发生局部截面缩减的现象，现有金属材料由于有效截面积的微小差异，在受到拉应力时，容易在局部位置发生颈缩，然后断裂，即现有金属材料的抗变形能力差。现有方法为了提高金属材料的强度，直接在金属材料外表面包裹碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre Reinforced Polymers，CFRP)或玻璃纤维增强塑料(Glass Fiber Reinforced Polymers，GFRP)，这种方法虽然可以提高整个金属材料的强度，但当拉伸到纤维材料的极限应变时金属材料外部的纤维材料就都断裂了，金属材料的破坏由纤维材料决定，尽管金属材料的强度提高了，但金属材料的延性并没有提升。
[0029]为了解决现有技术的问题，本实施例提供了一种基于纤维增强的金属复合构件，如图1所示，所述金属复合构件包括：金属基体1，所述金属基体1上设置有与水平方向呈预设角度的若干凹槽2，若干所述凹槽2内填充有纤维材料。本技术基于金属材料颈缩发生处变形增加抗拉承载力下降，而纤维材料的承载力随其拉伸变形增加而增加的特性，通过预设角度的若干凹槽中的纤维材料与金属共同承担拉力的作用，在颈缩发生处，通过纤维材料的承载力增强弥补金属材料承载力的下降，从而避免颈缩的发生或在多处发生颈缩，避免金属复合构件在一个位置发生局部颈缩而断裂，提高金属复合构件的变形能力。
[0030]在一具体实现方式中，所述预设角度、纤维材料用量以及纤维材料弹性模量满足公式：
[0031]其中，
[0032][0033][0034]α为预设角度，A
frp
为纤维材料用量，E
frp
为纤维材料弹性模量，A<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于纤维增强的金属复合构件，其特征在于，包括：金属基体，所述金属基体上设置有与水平方向呈预设角度的若干凹槽，若干所述凹槽内填充有纤维材料。2.根据权利要求1所述的基于纤维增强的金属复合构件，其特征在于，所述预设角度为15
°
～60
°
或120
°
～165
°
。3.根据权利要求1所述的基于纤维增强的金属复合构件，其特征在于，所述纤维材料的极限应变为1％～15％。4.根据权利要求1所述的基于纤维增强的金属复合构件，其特征在于，若干所述凹槽的形状相同，若干所述凹槽的横截面形状为圆形、正方形或长方形。5.根据权利要求1所述的基于纤维增强的金属复合构件，其特征在于，若干所述凹槽设置于所述金属基体表面，且若干所述凹槽沿所述金属基体的长轴方向等间距设置。6.根据权利要求1所述的基于纤维增强的金属复合构件，其特征在于，若干所述凹槽设置于所述金属基体内部。7.根据权利要求1所述的基于纤维增强的金属复合构件，其特征在于，所述预设角度、纤维材料用量以及纤维材料刚度满足公式：纤维材料用量以及纤维材料刚度满足公式：其中，其中，其中，α为预设角度，A...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宇飞，赵子龙，李鹏达，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：新型
国别省市：