一种复合材料装配间隙补偿试验装置及方法
【专利摘要】一种复合材料装配间隙补偿试验装置及方法，属于航空复合材料连接装配领域。其特征是包括位移系统和测量系统，其中，位移系统包括底座、滑台、螺杆座、螺杆、手柄；测量系统包括数字显示器、压力传感器、千分尺表头；通过螺杆的旋转实现滑台的直线位移驱动，通过千分尺表头实现对复合材料构件装配界面区域厚度的测量以及对间隙补偿厚度的预设，通过压力传感器实现对滑台压紧力的检测。本发明提供了一种能够实现对复合材料构件装配间隙补偿的快速、准确测量方法与装置，实现对复合材料装配间隙补偿厚度的精确控制，提高填隙质量，改善后续力学性能试验的可信度。
【专利说明】
一种复合材料装配间隙补偿试验装置及方法
技术领域
[0001]本发明属于航空复合材料连接装配领域，涉及一种复合材料装配间隙补偿试验装置及方法。
【背景技术】
[0002]复合材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀、耐高温等优点，在航空制造领域的应用越来越广泛，但由于复合材料的各向异性及叠层结构特点，难以实现复合材料构件的精确成形，因此在复合材料构件的连接装配过程中容易出现装配界面的不完全贴合，需要在复合材料构件装配界面处进行间隙补偿，使间隙补偿材料(一般为树脂)起到类似调整垫片的作用以避免强迫装配对构件造成的损伤。
[0003]目前，装配间隙补偿工艺及参数影响结构力学性能正受到人们的关注，但在试验研究过程中多采用手工涂胶、压接的方式对装配间隙进行补偿，不仅操作效率低，而且很难实现对间隙补偿介质的精确控制，造成试验结果的不可靠。主要基于以下几点不足:(I)无法实现间隙补偿介质厚度的精确控制；(2)无法保证间隙补偿介质在装配界面处的均匀分布。而间隙补偿介质的厚度、介质分布是否均匀都会对间隙补偿介质用量产生影响，继而影响其对结构力学性能的作用。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种复合材料装配间隙补偿试验装置及方法。
[0005]本发明的技术方案是:
[0006]一种复合材料装配间隙补偿试验装置，包括位移系统和测量系统，其中，位移系统包括底座、滑台、螺杆座、螺杆、手柄;测量系统包括数字显示器、压力传感器、千分尺表头；底座通过螺栓安装在工作台上面，数字显示器与压力传感器固接在底座上，数字显示器通过数据传输导线与压力传感器连接，滑台通过燕尾槽与底座连接并与螺杆一端连接，千分尺表头固接在滑台上，螺杆座通过螺钉固接在底座凹槽内，螺杆通过铜套与螺杆座连接，手柄与螺杆另一端连接;所述的滑台的移动和千分尺表头的伸缩均采用手动调控，压力传感器采集的数据通过数字显示器进行显示。通过螺杆的旋转实现滑台的直线位移驱动，通过千分尺表头实现对复合材料构件装配界面区域厚度的测量以及对间隙补偿厚度的预设，通过压力传感器实现对滑台压紧力的检测。
[0007]进一步限定，所述的螺杆为具有反向锁止功能的精密梯形螺纹杆。
[0008]上述一种复合材料装配间隙补偿试验装置的操作方法，包括如下步骤:
[0009]第一步，操作前期准备
[0010]I)调节千分尺表头使其刻度归零。
[0011]2)将需要间隙补偿的复合材料构件a、复合材料构件b分别与底座末端挡块、滑台的侧面贴合;转动手柄使螺杆推动滑台做直线位移，至复合材料构件a与复合材料构件b完全贴合。
[0012]3)调节千分尺表头一端的伸缩杆至接触到压力传感器，观察数字显示器的读数，使压力传感器达到受力初始值Fo，Fo为I?5N。此时认为千分尺表头与压力传感器有效接触，千分尺表头的读数即为两复合材料层的初始标定厚度to。
[0013]第二步，预设间隙补偿厚度Δt
[0014]反向旋转手柄使两复合材料层、千分尺表头与压力传感器分别脱离接触至大于5?10倍At的距离，旋转千分尺表头的刻度头，使其刻度增加At后保持固定不动。
[0015]第三步，进行间隙补偿
[0016]在两复合材料层之间注入间隙补偿介质，转动手柄调节滑台与底座末端挡块的距离，使千分尺表头的伸缩杆与压力传感器接触并使显示器上的压力值读数为初始值Fo;当间隙补偿介质固化后即完成两复合材料构件装配间隙的补偿，间隙补偿厚度即为At，间隙补偿后两复合材料层的厚度为:ti = to+A t。
[0017]进一步的改变to与At的值，实现对不同厚度复合材料层的不同间隙补偿厚度的间隙补偿作业。
[0018]本发明的有益效果是:(I)采用具有反向锁止功能的精密梯形螺纹杆，实现装置的精密直线位移控制进而实现对复合材料层间隙补偿厚度的精确控制；(2)采用千分尺表头与滑台结合的方式，实现复合材料层厚度的精确测量以及间隙补偿厚度的精确预设；(3)采用压力传感器的反馈方式，实现对间隙补偿达到预设厚度的精确检测；(4)本发明实现对复合材料构件装配间隙快速、准确的补偿，提高间隙补偿材料的控制精度和间隙补偿作业效率，提高间隙补偿工艺影响结构力学性能试验研究的可靠性。
【附图说明】
[0019]图1是复合材料装配间隙补偿试验装置的结构示意图。
[0020]图2是复合材料装配间隙补偿过程的示意图。
[0021 ]图3是复合材料装配间隙补偿完成后的示意图。
[0022]图中:I底座；2数字显示器;3压力传感器;4滑台；5千分尺表头;6螺杆座;7螺杆;8手柄;9复合材料层a ； 10复合材料层b; 11间隙补偿介质。
【具体实施方式】
[0023]以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的【具体实施方式】。
[0024]如图1所示，一种复合材料装配间隙补偿试验装置，包括位移系统和测量系统，其中，位移系统包括底座1、滑台4、螺杆座6、螺杆7、手柄8;测量系统包括数字显示器2、压力传感器3、千分尺表头5;底座I通过螺栓安装在工作台上面，数字显示器2与压力传感器3固接在底座I上，数字显示器2通过数据传输导线与压力传感器3连接，滑台4通过燕尾槽与底座I连接并与螺杆7—端连接，千分尺表头5固接在滑台4上，螺杆座6通过螺钉固接在底座I上，螺杆7通过铜套与螺杆座6连接，手柄8与螺杆7另一端连接;所述螺杆为具有反向锁止功能的精密梯形螺纹杆;所述的滑台4的移动和千分尺表头5的伸缩均采用手动调控，压力传感器3采集的数据通过数字显示器2进行显示。通过螺杆的旋转实现滑台的直线位移驱动，通过千分尺表头实现对复合材料构件装配界面区域厚度的测量以及对间隙补偿厚度的预设，通过压力传感器实现对滑台压紧力的检测。
[0025]如图1、图2所示，上述复合材料装配间隙补偿试验装置的操作方法，包括如下步骤:
[0026]第一步，操作前期准备；
[0027]I)调节千分尺表头5使其刻度归零；
[0028]2)将需要间隙补偿的复合材料构件a 9、复合材料构件b 10分别与底座I末端挡块、滑台4的侧面贴合;转动手柄8使螺杆7推动滑台4做直线位移，至复合材料构件a 9与复合材料构件b 1完全贴合；
[0029]3)调节千分尺表头5—端的伸缩杆至接触到压力传感器3，观察数字显示器2的读数，使压力传感器3达到受力初始值Fo为5N，此时认为千分尺表头5与压力传感器3有效接触，千分尺表头5的读数即为两复合材料层的初始标定厚度to;
[0030]第二步，预设间隙补偿厚度At;
[0031]反向旋转手柄8使两复合材料层、千分尺表头5与压力传感器3分别脱离接触至大于5?10倍At的距离，旋转千分尺表头5的刻度头，使其刻度增加At后保持固定不动，即千分尺表头5伸缩杆向压力传感器3的方向移动了 △ t的距离。
[0032]第三步，进行间隙补偿；
[0033]在两复合材料层之间注入树脂，转动手柄8调节滑台4与底座I末端挡块的距离，使千分尺表头5的伸缩杆与压力传感器3接触并使显示器2上的压力值读数为初始值Fo为5N;当间隙补偿介质固化后即完成两复合材料构件装配间隙的补偿，间隙补偿厚度即为At，间隙补偿后两复合材料层的厚度为:ti = to+ At。
[0034]如图3所示，间隙补偿完成后的示意图，改变to与At的值，即可实现对不同厚度复合材料层的不同间隙补偿厚度的间隙补偿作业。
【主权项】
1.一种复合材料装配间隙补偿试验装置，其特征在于，包括位移系统和测量系统，其中，位移系统包括底座(1)、滑台(4)、螺杆座(6)、螺杆(7)、手柄(8);测量系统包括数字显示器(2)、压力传感器(3)、千分尺表头(5);底座(I)通过螺栓安装在工作台上面，数字显示器(2)与压力传感器(3)固接在底座(I)上，数字显示器(2)通过数据传输导线与压力传感器(3)连接，滑台(4)通过燕尾槽与底座(I)连接并与螺杆(7)—端连接，千分尺表头(5)固接在滑台(4)上，螺杆座(6)通过螺钉固接在底座(I)上，螺杆(7)通过铜套与螺杆座(6)连接，手柄(8)与螺杆(7)另一端连接;所述的滑台(4)的移动和千分尺表头(5)的伸缩均采用手动调控，压力传感器(3)采集的数据通过数字显示器(2)进行显示。2.根据权利要求1所述的一种复合材料装配间隙补偿试验装置，其特征在于，螺杆(7)为具有反向锁止功能的精密梯形螺纹杆。3.根据权利要求1或2所述的一种复合材料装配间隙补偿试验装置的操作方法，其特征在于包括如下步骤: 第一步，操作前期准备； 1)调节千分尺表头(5)使其刻度归零； 2)将需要间隙补偿的复合材料构件a(9)、复合材料构件b(1)分别与底座(I)末端挡块、滑台(4)的侧面贴合;转动手柄(8)使螺杆(7)推动滑台(4)做直线位移，至复合材料构件a(9)与复合材料构件b(10)完全贴合； 3)调节千分尺表头(5)—端的伸缩杆至接触到压力传感器(3)，观察数字显示器(2)的读数，使压力传感器(3)达到受力初始值Fo，此时认为千分尺表头(5)与压力传感器(3)有效接触，千分尺表头(5)的读数即为两复合材料层的初始标定厚度to; 第二步，预设间隙补偿厚度At; 反向旋转手柄(8)使两复合材料层、千分尺表头(5)与压力传感器(3)分别脱离接触至大于5?10倍At的距离，旋转千分尺表头(5)的刻度头，使其刻度增加At后保持固定不动；第三步，进行间隙补偿； 在两复合材料层之间注入间隙补偿介质，转动手柄(8)调节滑台(4)与底座(I)末端挡块的距离，使千分尺表头(5)的伸缩杆与压力传感器(3)接触并使显示器(2)上的压力值读数为初始值Fo;当间隙补偿介质固化后即完成两复合材料构件装配间隙的补偿，间隙补偿厚度即为△ t，间隙补偿后两复合材料层的厚度为:ti = to+A t。4.根据权利要求3所述的一种复合材料装配间隙补偿试验装置的操作方法，其特征在于，所述的受力初始值Fo为I?5N。
【文档编号】G01B5/14GK106092740SQ201610599026
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月27日 公开号201610599026.1, CN 106092740 A, CN 106092740A, CN 201610599026, CN-A-106092740, CN106092740 A, CN106092740A, CN201610599026, CN201610599026.1
【发明人】刘学术, 宋强, 高航
【申请人】大连理工大学