一种复合材料界面连接结构制造技术

本实用新型专利技术提供了一种复合材料界面连接结构，涉及飞机机体结构设计技术领域，能够缓解传统连接中螺栓或钉承受剪力的负担，同时满足连接件对正反方向载荷工况的不同需求，以及提高结构设计效率；该结构包括第一构件和第二构件；所述第一构件连接面设有第一啮合层，所述第二构件连接面设有第二啮合层；第一和第二啮合层在特定的载荷方向上相互啮合，而在与其相反的载荷方向上相互脱开；第一啮合层包括第一底膜和若干第一剪切键；第二啮合层包括第二底膜和若干第二剪切键；所述第一剪切键和所述第二剪切键一一对应啮合连接；每相邻的两对相互啮合的剪切键之间设有空穴。本实用新型专利技术提供的技术方案适用于复合材料结构的连接设计。的技术方案适用于复合材料结构的连接设计。的技术方案适用于复合材料结构的连接设计。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料界面连接结构


[0001]本技术涉及飞机机体结构设计
，尤其涉及一种复合材料界面连接结构。

技术介绍

[0002]目前在复合材料飞机结构设计中，应用传统的螺栓连接设计思想，很多情况下结构的安全裕度都是由部件之间或构件之间连接处螺栓孔或钉孔边挤压应力控制的。因此，为了提高设计裕度通常需要增加复合材料结构在连接处的厚度，或者螺栓或钉的直径，或者紧固件的数目等等。显然这样的方法在一定程度上会增加结构的重量。再者，应用传统的螺栓连接设计思想，常常在一些关键连接区域如翼根等，为了满足强度要求需要采用高性能螺栓，毫无疑问，这对提高结构设计的经济性带来不利。还有，在传统的螺栓连接设计中，由于螺栓与孔壁之间的间隙以及受载时两者之间挤压所可能引起的变形，连接件之间可能会产生微小滑移，这将直接影响结构的整体刚度.
[0003]另外，在有些情况下，对连接件的设计可能要求在两个相反的受载方向上具有完全不同的连接性能，如在一个方向上需要尽可能的强连接，使得结构在通常主要工况下具有最优的强度和刚度，而在与之相反的另一个方向上则需要有意设计成弱连接以便使结构在可能的极端情况下形成所需要的在特定区域的连接件破坏以保护其它区域。例如，飞机机身下部货舱可以通过分段框连接于上部的客舱，这样在通常飞行情况下连接件主要承受两端的拉伸载荷，而一旦在坠撞情况下，连接件将承受来自地面的压力，此时如果连接件有意设计较弱，就可在此位置产生破坏而不致将破坏能量传至上部客舱，从而尽可能提升客舱乘客的生存能力。此外连接件在相反载荷方向上完全不同的性能设计可以应用于结构大振幅振动抑制，其本质在于此时通过连接界面的滑移可引入较大的结构阻尼，从而消耗振动能量。
[0004]考虑到上述传统螺栓连接方法的不足以及通过对连接件在正反载荷方向上完全不同性能的设计所带来的益处，本技术提供了一种复合材料界面连接结构及方法。

技术实现思路

[0005]本技术的基本思想是，在传统仅用螺栓或钉传递剪力的连接设计的基础上，通过设计一种不会明显改变原有设计几何尺寸的薄片型界面剪切键作为另外一种辅助的剪力传递途径，从而不仅缓解螺栓或钉承受剪力的负担，同时也能满足连接件对正反方向载荷工况的不同性能需求，以提高结构设计效率以及实现特种环境下的结构的功能设计，如前所述的飞机在坠撞情况下可能的连接设计等。
[0006]本技术提供一种复合材料界面连接结构，所述连接结构包括待连接的第一构件和第二构件；所述第一构件的连接面设有第一啮合层，所述第二构件的连接面设有第二啮合层；所述第一啮合层和所述第二啮合层在特定的载荷方向上相互啮合，而在与其相反的载荷方向上相互脱开。
[0007]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一啮合层包括一薄膜状的第一底膜和若干第一剪切键；所述第二啮合层包括一薄膜状的第二底膜和若干第二剪切键；
[0008]所述第一剪切键和所述第二剪切键一一对应啮合连接；
[0009]每相邻的两对相互啮合的剪切键之间设有空穴。
[0010]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述空穴内填充有易变形的密封材料或具有特定模量的填充材料。
[0011]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述结构还包括若干紧固组件，所述紧固组件穿过所述第一构件和所述第二构件进行紧固连接，且所述紧固组件设置在所述空穴的中间位置。
[0012]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一底膜和所述第一构件胶结连接；所述第一剪切键和所述第一底膜胶结连接。
[0013]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第二底膜和所述第二构件胶结连接；所述第二剪切键和所述第二底膜胶结连接。
[0014]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一剪切键和所述第二剪切键的形状均为具有一定厚度的条带形或弧形。
[0015]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一剪切键和所述第二剪切键的材料为石墨烯、碳纤维复合材料或金属材料。
[0016]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一底膜和所述第二底膜为石墨烯薄膜或复合材料薄膜。
[0017]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述紧固组件为螺栓组件或紧固钉组件。
[0018]与现有技术相比，本技术提供了螺栓或钉之外又一新的传力途径，即连接界面之间的啮合层；在本质上，由于将传统的基于螺栓的点传力途径发展到点面结合的多传力路径设计，所以为结构连接设计提供了更多的灵活性；使其在正反不同载荷方向上呈现完全不同的连接性能，可满足特殊环境下的设计要求，如抗坠撞设计、振动抑制等。
[0019]本技术的方案可以大大降低对高强度螺栓的要求，同时降低连接件螺栓孔边应力，提高结构强度。
[0020]本技术的方案可以消除在通常主要的承载方向上传统连接可能产生的界面滑移问题，从而可提高结构的刚度。
[0021]本技术的方案正反载荷方向啮合层剪切键的不对称设计，有利于结构在与常规载荷方向相反的极端载荷环境下通过破坏模式设计，提高结构的安全性。
[0022]本技术的方案通过正反载荷方向的剪切键的不对称设计，使得结构可在主要的受载方向上不允许界面滑移，而在相反方向上允许界面滑移，这样的特性不仅有利于结构对主要受载工况的最优设计，同时也有利于抑制结构的振动；
[0023]本技术的方案通过在构件和剪切键之间设置底膜，能够增强剪切键的胶结性能和连接界面强度，也可根据需要提供可能的电化学腐蚀绝缘层。
[0024]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例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它的附图。
[0026]图1和图2是采用传统螺栓连接的两个构件承受两个相反方向的剪切载荷。显然，两种情况下都是由螺栓传递剪力，且在两个方向上连接性能相同。
[0027]图3和图4是本技术一个实施例提供的复合材料界面连接结构在两个相反载荷方向下剪力的传递方式。显然，前者螺栓及剪切键共同传递剪切载荷，且界面不允许滑移，而后者仅有螺栓传递剪切载荷，此时界面允许滑移。
[0028]图5是本技术上述实施例中结构各元素示意图。
[0029]以上图中：
[0030]1、第一构件；2、第二构件；3、第一啮合层；4、第二啮合层；5、紧固螺栓；6、空穴；31、第一底膜；32、第一剪切键；41、第二底膜；42、第二剪切键。
具体实施方式
[0031本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料界面连接结构，所述连接结构包括待连接的第一构件和第二构件；其特征在于，所述第一构件的连接面设有第一啮合层，所述第二构件的连接面设有第二啮合层；所述第一啮合层和所述第二啮合层在特定的载荷方向上相互啮合，而在与其相反的载荷方向上相互脱开。2.根据权利要求1所述的复合材料界面连接结构，其特征在于，所述第一啮合层包括一薄膜状的第一底膜和若干第一剪切键；所述第二啮合层包括一薄膜状的第二底膜和若干第二剪切键；所述第一剪切键和所述第二剪切键一一对应啮合连接；每相邻的两对相互啮合的剪切键之间设有空穴。3.根据权利要求2所述的复合材料界面连接结构，其特征在于，所述空穴内填充有易变形的密封材料或具有特定模量的填充材料。4.根据权利要求2所述的复合材料界面连接结构，其特征在于，所述结构还包括若干紧固组件，所述紧固组件穿过所述第一构件和所述第二构件进行紧固连接，且所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘铁让，高丽敏，陈程，奚晓波，李星，宋彦辉，李晨，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心，
类型：新型
国别省市：