一种金属与复合纤维材料的连接结构及加工方法技术

本发明专利技术提供一种金属与纤维复合材料的连接结构，包括：金属材料和纤维复合材料，金属材料具有与纤维复合材料相互配合的连接面；多个突触结构组件，突触结构组件包括头部和根部，突触结构组件通过根部固定于金属材料的连接面，突触结构组件通过头部插入纤维复合材料的内部。通过突触结构组件，为表面难以加工螺栓孔的复杂金属材料零件增加新的连接方式，减少了螺栓等装配件的出现，且突触结构组件插入纤维复合材料时不切断纤维，保证纤维复合材料的连续性，保护复合纤维材料的力学特性，受拉伸作用时通过突触结构组件使金属材料和纤维复合材料的接触面积更大、整体连接结构抗剪切能力更强。力更强。力更强。

【技术实现步骤摘要】
一种金属与复合纤维材料的连接结构及加工方法


[0001]本说明书涉及异质材料连接
，具体涉及一种金属与复合纤维材料的连接结构及加工方法。

技术介绍

[0002]增材制造，也称为3D打印，是根据所设计的3D模型，通过3D打印设备将材料逐层增加来制造三维产品的技术，由于其制造灵活度较高，在工业生产与日常生活中有重大作用。其突出优势在于可以构建出其它制造工艺所不能实现或无法想象的形状,可以从纯粹考虑功能性的方面来设计部件，而无需考虑与制造相关的限制；允许采用非常低的生产批量，包括单件生产，就能达到经济合理的打印生产目的；所有近净成形工艺当中，增材制造是净成形水平最高的工艺，其后续机加工所必须切削掉的材料数量是很微量的；所构建的复杂形状可以一体成形，取代那些目前还需采用众多部件装配而成的产品。
[0003]通常金属和FRP的连接技术分为单一连接如胶接、机械连接、焊接、和混合连接如胶螺混合连接。胶接是指在金属和复合材料中间使用胶粘剂将两表面结合起来的连接技术。由于胶粘剂的存在使得两表面并不会直接接触，减少了电化学腐蚀的出现，且胶接应力分布均匀可避免出现应力集中、有效减少连接结构重量，不会破坏复合材料内部结构。但其对于连接表面有着较为苛刻的要求，且胶层易受环境影响容易出现老化、分层等问题。机械连接指在金属和FRP局部开孔使用螺栓、铆钉等连接起来的技术，在大型异质材料连接中被广泛使用。但由于机械部件穿透FRP，切断部分纤维，,从而导致孔局部应力集中、耐疲劳性能差等问题。焊接技术利用热塑性基体的局部熔化来实现连接,不适用于热固性基体复合材料。混合连接技术则是多种连接技术混合连接，如胶螺混合连接结构中，螺栓连接一方面可以降低胶层的剥离应力,阻止裂纹扩展；另一方面相较于纯胶接结构,螺栓可以防止胶层突然失效,但由于不同连接方式失效模式不同，承载机理不同使得使用过程中调控载荷比困难，承载能力提升效果不佳。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本说明书实施例提供一种金属与复合纤维材料的连接结构及加工方法，以达到保护复合纤维材料的力学特性、提高连接结构整体承载和抗剪切能力的目的。
[0005]本说明书实施例提供以下技术方案：
[0006]一种金属与复合纤维材料的连接结构，包括：
[0007]金属材料和纤维复合材料，金属材料具有与纤维复合材料相互配合的连接面；
[0008]多个突触结构组件，突触结构组件包括头部和根部，突触结构组件通过根部固定于金属材料的连接面，突触结构组件通过头部插入纤维复合材料的内部。
[0009]进一步地，突触结构组件还包括颈部和腰部，颈部的直径小于头部的直径，颈部的一端与头部连接，颈部的另一端通过腰部与根部连接，腰部的中轴线与连接面的朝向金属材料的方向具有小于90
°
的夹角，头部、颈部、腰部和根部的径向切面均为曲面。
[0010]进一步地，腰部朝向连接面的方向扩张，腰部的高度为C1，其中，C1大于或等于纤维复合材料的厚度。
[0011]进一步地，头部为圆形台，圆形台的直径为A1，A1小于纤维复合材料的编织孔隙，且0.3mm≤A1≤1mm，圆形台的外侧弧面半径为A2，且0.1mm≤A2≤0.2mm。
[0012]进一步地，颈部朝向连接面的方向收缩后扩张，颈部的直径小于头部及腰部的直径，颈部外侧弧面的圆角半径为B1，且0.5mm≤B1≤1mm。
[0013]进一步地，根部朝向连接面的方向扩张，根部的直径为D2，0.5mm≤D2≤2mm，根部的外侧弧面的半径为D1，且0.3mm≤D1≤0.5mm。
[0014]进一步地，金属材料与突触结构组件通过增材制造方法一体成型，增材制造方法包括激光选取熔融法。
[0015]进一步地，金属材料为不锈钢、高温合金、钛合金的一种或者多种组合，纤维复合材料为树脂基碳纤维复合材料的一种或者多种组合。
[0016]进一步地，连接面的竖直切面为Z字型。
[0017]一种金属与复合纤维材料的连接结构的加工方法，用于制造金属与复合纤维材料的连接结构，加工方法包括如下步骤：
[0018]根据连接强度要求和纤维复合材料的纤维缝隙，设计突触结构组件的尺寸以及排布；
[0019]使用增材制造方法一体化制作金属材料和突触结构组件；
[0020]对金属材料的连接面进行混酸阳极化处理；
[0021]将纤维复合材料铺覆在金属材料的连接面，并将突触结构组件穿过纤维复合材料的纤维缝隙；
[0022]将纤维复合材料和金属材料合模，等待整体固化成型为模具后，将模具去模修饰。
[0023]与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：
[0024]突触结构组件可以为表面难以加工螺栓孔的复杂金属材料增加新的连接方式，减少了螺栓等装配件的出现，且突触结构组件插入纤维复合材料时不切断纤维，保证复合纤维材料的连续性，保护纤维复合材料的力学特性，受拉伸作用时通过突触结构组件使金属材料和纤维复合材料的接触面积更大，使整体连接结构抗剪切能力更强。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的一些实施例，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是本专利技术实施例金属与复合纤维材料的连接结构的整体结构示意图；
[0027]图2是本专利技术实施例连接结构的突触结构组件结构示意图；
[0028]图3是本专利技术实施例连接结构的金属材料与突触结构组件结构示意图；
[0029]图4是本专利技术实施例金属与复合纤维材料的连接结构脱模后结构示意图。
[0030]附图标记说明：1、金属材料；2、突触结构组件；3、纤维复合材料；4、模具；5、连接面。
具体实施方式
[0031]下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
[0032]以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0033]要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属与复合纤维材料的连接结构，其特征在于，包括：金属材料(1)和纤维复合材料(3)，金属材料(1)具有与纤维复合材料(3)相互配合的连接面(5)；多个突触结构组件(2)，突触结构组件(2)包括头部和根部，突触结构组件(2)通过所述根部固定于金属材料(1)的连接面(5)，突触结构组件(2)通过所述头部插入纤维复合材料(3)的内部。2.根据权利要求1所述的金属与复合纤维材料的连接结构，其特征在于，突触结构组件(2)还包括颈部和腰部，所述颈部的直径小于所述头部的直径，所述颈部的一端与所述头部连接，所述颈部的另一端通过所述腰部与所述根部连接，所述腰部的中轴线与连接面(5)朝向金属材料(1)的方向具有小于90
°
的夹角，所述头部、所述颈部、所述腰部和所述根部的径向切面均为曲面。3.根据权利要求2所述的金属与复合纤维材料的连接结构，其特征在于，所述腰部朝向连接面(5)的方向扩张，所述腰部的高度为C1，其中，C1大于或等于纤维复合材料(3)的厚度。4.根据权利要求2所述的金属与复合纤维材料的连接结构，其特征在于，所述头部为圆形台，所述圆形台的直径为A1，A1小于纤维复合材料(3)的编织孔隙，且0.3mm≤A1≤1mm，所述圆形台的外侧弧面半径为A2，且0.1mm≤A2≤0.2mm。5.根据权利要求2所述的金属与复合纤维材料的连接结构，其特征在于，所述颈部朝向连接面(5)的方向收缩后扩张，所述颈部的直径小于所述头部及所述腰部的直径，所述颈部外侧弧...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑会龙，赵坤鹏，康振亚，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：