[發明專利]一種高承載、高疲勞性能的復合材料管多級齒連接裝置

在審

• 申請號: 201710942875.7
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107696594A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 高一峰;高建崗;晏孝強;陳立;潘大榮;張冬冬
• 申請（專利權）人: 趙啟林;李飛;陳浩森
• 主分類號: B32B1/08
• 分類號: B32B1/08;B32B3/30;B32B7/08;B32B15/01
• 代理公司: 南京蘇創專利代理事務所(普通合伙)32273
• 代理人: 沈振濤

技術領域

本發明涉及復合材料連接技術領域，具體涉及一種高承載、高疲勞性能的復合材料管多級齒連接裝置。

背景技術

復合材料具有比強度大、比剛度大的特點，因此在建筑、交通和航空航天領域得到廣泛應用；然而，復合材料連接效率較低是制約該材料進一步應用的重要因素。

傳統的復合材料連接方式主要有機械連接、膠連接、膠-機械混合連接以及齒連接，然而，均存在較多問題。其一，機械連接從成孔方式上可以區分為鉆孔成型與編織成型兩種；鉆孔成型工藝破壞了纖維連續性，接頭的承載力較低，一般只能應用于荷載等級較小的結構中；而編織成型的螺栓孔保持了纖維的連續性，接頭強度得到顯著提高，但難以將接頭與大型構件一次成型。其二，膠連接雖然對構件沒有任何削弱，但該連接方式對環境較為敏感，存在老化問題。其三，膠-機械混合連接中，如果螺栓與螺栓孔壁間存在間隙，膠層與螺栓不能協調工作，因此連接效率也不高。其四，齒連接在傳遞荷載過程中，復合材料齒端部會存在較大的剝離應力同時由于在該連接中復合材料齒都為單級齒，導致復合材料齒處應力集中的存在導致該連接效率不高以及疲勞性能差。

發明內容

技術問題：為了解決現有技術的缺陷，本發明提供了一種高承載、高疲勞性能的復合材料管多級齒連接裝置。

技術方案：本發明提供的一種高承載、高疲勞性能的復合材料管多級齒連接裝置，包括外金屬管、內金屬管、過渡金屬管；

所述外金屬管、復合材料管、內金屬管自外而內依次設置；

所述外金屬管、內金屬管與復合材料管之間通過齒咬合傳力和/或由預緊力產生的摩擦力傳力；

其中，所述外金屬管與復合材料管之間設有互相咬合的齒，和或/內金屬管與復合材料管之間設有互相咬合的齒；

其中，預緊力通過外金屬管被擠壓使金屬外金屬套筒產生變形施加和/或內金屬管擠壓復合材料管產生變形施加；當預緊力通過外金屬管被擠壓使金屬外金屬套筒產生變 形施加時，過渡金屬管設于外金屬管和復合材料管之間；當復合材料管擠壓內金屬管產生塑性施加時，過渡金屬管設于復合材料管、內金屬管之間。

無論通過哪種方式對復合材料管施加預緊力，在金屬管和復合材料管交界處會產生較大的剪切力，這樣在施加較大預緊力時復合材料管很容易被剪壞，過渡金屬管的設置可以有效的降低金屬管和復合材料管交界處的剪切力，從而可以在復合材料管上施加更大預緊力，從而進一步提高接頭的承載力。

作為改進，外金屬管被擠壓方式為：在外金屬管外設置緊固裝置，利用緊固裝置擠壓外金屬管。

作為另一種改進，復合材料管擠壓內金屬管方式為：復合材料管、內金屬管之間通過過盈配合連接。

作為另一種改進，所述齒為單級齒或多級齒；所述單級齒為直角齒、梯形齒或圓弧齒；所述多級齒為二級齒或三級齒；所述二級齒的每一級齒分別獨立的為直角齒、梯形齒或圓弧齒；所述三級齒的每一級齒分別獨立的為直角齒、梯形齒或圓弧齒。復合材料管與金屬管咬合的齒的級數根據接頭的承載力和疲勞性能進行選擇。

作為另一種改進，所述外金屬管、內金屬管的端部通過焊接或者螺紋連接形成接頭整體。傳統的接頭都是通過外金屬套筒或者內金屬套筒和復合材料管單獨傳力，將內外金屬套筒連接成整體可以實現接頭通過外金屬套筒或者內金屬套筒和復合材料管共同傳力，從而進一步提高接頭的疲勞性能。

有益效果：本發明提供的連接頭結構簡單、成本低廉、使用方便，通過齒連接和預緊力連接配合，承載力高、抗疲勞性能強。

具體而言，本發明與現有技術相比，其顯著優點在于：

(1)承載力高：首先通過多級齒可以有效的降低復合材料齒根的應力集中，其次由于預緊力的施加可以降低齒端部的正應力和提高復合材料齒的層間剪切強度，最后內外金屬管的通過齒咬合和摩擦力共同傳力?；谶@三個因素可以有效提高接頭承載力，解決現有復合材料連接技術連接效率低的問題。對于外徑為60mm的玻璃纖維管，壁厚6mm，通過該連接技術接頭處可以提供90噸，而其他連接技術承載力最高可以達到50噸。

(2)疲勞性能好：通過多級齒可以有效的降低齒根應力集中從而解決現有復合材料齒連接疲勞性能差的問題。一般玻璃纖維復合材料齒連接其疲勞性能僅為復合材料材 料本身的50％，而該連接方式可以達到復合材料本身疲勞壽命的80％。

(3)由于可以直接在接頭外金屬管上進行焊接、切削等常規操作，該連接方式不僅可以進行復合材料構件的單向連接，多向連接。

附圖說明

圖1為本發明高承載、高疲勞性能的復合材料管多級齒連接裝置的結構示意圖。