一种复合材料薄壁圆管的柔性连接结构及其成型方法技术

本发明专利技术公开了一种复合材料薄壁圆管的柔性连接结构，包括多节圆管和用于连接相邻圆管的金属圆环；所述金属圆环的外缘向外延伸形成有台肩，所述台肩的壁厚大于所述金属圆环的壁厚；所述圆管上设有止口，所述金属圆环通过所述台肩加胶过盈装配在所述圆管的止口上，所述圆管和所述金属圆环的连接处缠绕有复合材料层。本发明专利技术解决了传统连接结构其连接强度低、结构密封性差等问题，同时具有良好的装配工艺性，可以在装配过程中避免金属圆环的损伤。可以在装配过程中避免金属圆环的损伤。可以在装配过程中避免金属圆环的损伤。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料薄壁圆管的柔性连接结构及其成型方法


[0001]本专利技术属于机械结构的
，特别是一种复合材料薄壁圆管的柔性连接结构。

技术介绍

[0002]当前先进机械结构设计中，为了获得更好的结构强度，机械主体结构经常使用高比强度的复合材料。相比于传统的金属结构，能够满足更严苛载荷环境下的使用需求。但是，受到材料和工艺水平限制，这类机械结构中各部件之间的连接仍然较多使用金属部件，存在复合材料与金属两种不同材料之间的连接配合问题，也称为柔性连接问题。复合材料圆管作为一种典型的机械部件，为了达到预期的功能要求，经常采用多节圆管连接；为了使多节复合材料圆管组成的整体具有良好的强度、刚度和变形协调性能，复合材料圆管之间柔性连接结构设计就显得尤为重要。
[0003]解决上述技术问题的难度在于：
[0004]复合材料圆管之间的连接较多采用金属圆环，这种连接设计需要解决三项关键技术问题。一是具有足够的连接强度，传统连接方案通常采用简单的对接结构，外侧再包裹纤维缠绕，其连接强度较低，在服役过程中容易出现结构失稳甚至松脱的问题；二是具有良好的结构密封性，保证多节复合材料圆管整体在使用过程中不发生漏气；三是具有良好的装配工艺性，传统连接结构只能满足0.5mm以下小过盈装配，先进复合材料圆管连接部件制造和使用中，要求在不损伤强度相对薄弱的金属圆环情况下，实现圆环与复合材料圆管之间的0.5mm以上大过盈装配。
[0005]解决上述技术问题的意义在于：
[0006]为实现以上技术要求，专利技术设计一种新型的多节复合材料圆管之间的柔性连接结构，可以解决传统连接结构其连接强度低、结构密封性差等问题，同时具有良好的装配工艺性，可以在装配过程中避免金属环的损伤。

技术实现思路

[0007]根据上述提出的问题，本专利技术提出了一种复合材料薄壁圆管的柔性连接结构及其成型方法。
[0008]本专利技术的技术方案是：
[0009]一种复合材料薄壁圆管的柔性连接结构，包括多节圆管和用于连接相邻圆管的金属圆环；
[0010]所述金属圆环的外缘向外延伸形成有台肩，所述台肩的壁厚大于所述金属圆环的壁厚；
[0011]所述圆管上设有止口，所述金属圆环通过所述台肩加胶过盈装配在所述圆管的止口上，所述圆管和所述金属圆环的连接处缠绕有复合材料层。
[0012]优选的，所述止口的长度为400～600m，壁厚为5～6mm。
[0013]优选的，所述台肩的长度为所述圆管的总长度的20％～30％，所述台肩的壁厚相比所述圆管的止口增厚1～3mm。
[0014]优选的，所述金属圆环主体采用高强度的铝合金、钛合金或结构钢制成。
[0015]优选的，所述复合材料层包括依次缠绕在所述金属圆环与所述圆管的连接处的玻璃纤维环向层、玻璃纤维角度层和碳纤维环向层。
[0016]进一步优选的，所述玻璃纤维环向层的厚度为2～4mm，环向90
°
缠绕覆盖所述金属圆环与所述圆管的连接处，缠绕张力在50～100N，按一定比例逐层张力递减以达到各层剩余张力相同的效果。
[0017]进一步优选的，所述玻璃纤维角度层的厚度为1～3mm，按一定角度缠绕覆盖在所述玻璃纤维环向层的外侧。
[0018]进一步优选的，所述玻璃纤维角度层的缠绕角度为50
°
～80
°
。
[0019]进一步优选的，所述碳纤维环向层的厚度为5～10mm，环向90
°
缠绕覆盖在所述玻璃纤维角度层的外侧，缠绕张力40～180N，按一定比例逐层张力递减以达到各层剩余张力相同的效果。
[0020]本专利技术的第二个目的是：
[0021]一种复合材料薄壁圆管的柔性连接结构成型方法，包括以下步骤：
[0022]S101：在所述圆管的止口上涂胶，将一节所述圆管套装在芯模上，通过辅助夹具推动所述金属圆环的台肩，将所述金属圆环加胶过盈装配在所述圆管的止口上，然后在芯模上推入另一节圆管；
[0023]S102：等待涂胶固化；
[0024]S103：在所述金属圆环与所述圆管的连接处依次缠绕玻璃纤维环向层、玻璃纤维角度层和碳纤维环向层，固化后形成连接所述金属圆环与所述圆管的柔性连接结构。
[0025]本专利技术的优点和有益效果是：
[0026]1、连接强度高。
[0027]其中玻璃纤维环向层用于给内部相对薄弱的圆管和金属圆环施加预应力，以减小圆管和金属圆环在服役过程中的结构应力，提高连接部位的强度安全裕度。玻璃纤维角度层用于增强金属圆环与圆管止口连接部分的轴向刚度，可以有效减轻复合材料圆管在服役过程中由于中部弯曲带来的结构损伤。碳纤维环向层具有较大的厚度和合适的缠绕张力，可以有效保护内部的圆管、金属圆环、玻璃纤维复合材料层等各部件，提升连接部件整体的强度可靠性。
[0028]2、密封性好。本专利技术中，复合材料的圆管止口外侧与金属圆环内侧形成密封面，在玻璃纤维大张力缠绕的作用下，密封面具有足够高的接触压力，以达到良好的密封效果。金属圆环的台肩可以限制复合材料的圆管在复杂载荷环境下的金属圆环轴向位移、防止结构松脱，同时延长潜在漏气通道的长度、进一步提高连接部位的密封性。
[0029]3、具备良好的装配工艺性。本专利技术中，金属圆环的台肩用于装配过程承受轴向装配力，避免金属圆环相对薄弱的环形波纹处受力，保证装配效果。圆管的长止口可以有效增加金属圆环与圆管的配合面积，并有助于插接装配时轴向导向，进一步提高装配后连接部件整体的直线度和同轴度。
附图说明
[0030]以下将结合附图和实施例来对本专利技术的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本专利技术范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
[0031]图1为本专利技术的平面结构示意图。
[0032]图中：
[0033]1‑
金属圆环；2
‑
圆管；3
‑
台肩；4
‑
玻璃纤维环向层；5
‑
玻璃纤维角度层；6
‑
碳纤维环向层。
具体实施方式
[0034]首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本专利技术的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本专利技术形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本专利技术的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。
[0035]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料薄壁圆管的柔性连接结构，其特征在于：包括多节圆管和用于连接相邻圆管的金属圆环；所述金属圆环的外缘向外延伸形成有台肩，所述台肩的壁厚大于所述金属圆环的壁厚；所述圆管上设有止口，所述金属圆环通过所述台肩加胶过盈装配在所述圆管的止口上，所述圆管和所述金属圆环的连接处缠绕有复合材料层。2.如权利要求1所述的一种复合材料薄壁圆管的柔性连接结构，其特征在于：所述止口的长度为400～600m，壁厚为5～6mm。3.如权利要求1所述的一种复合材料薄壁圆管的柔性连接结构，其特征在于：所述台肩的长度为所述圆管的总长度的20％～30％，所述台肩的壁厚相比所述圆管的止口增厚1～3mm。4.如权利要求1所述的一种复合材料薄壁圆管的柔性连接结构，其特征在于：所述金属圆环主体采用高强度的铝合金、钛合金或结构钢制成。5.如权利要求1所述的一种复合材料薄壁圆管的柔性连接结构，其特征在于：所述复合材料层包括依次缠绕在所述金属圆环与所述圆管的连接处的玻璃纤维环向层、玻璃纤维角度层和碳纤维环向层。6.根据权利要求5所述的一种复合材料薄壁圆管的柔性连接结构，其特征在于：所述玻璃纤维环向层的厚度为2～4mm，环向90
°
缠绕覆盖所述金属圆环与所述圆管的连接处，缠绕张力在50～100...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨子龙，舒朝霞，张悦，
申请(专利权)人：核工业理化工程研究院，
类型：发明
国别省市：