一种上墙端与壁板连接整体角盒组件的制作方法

本实用新型属于飞机强度试验领域，具体涉及一种上墙端与壁板连接整体角盒组件。

背景技术：

复合材料机翼典型盒段试验件和全尺寸盒段试验件通过上墙端和试验支持工装及承力墙连接。上墙端金属角盒安装在试验件夹持端的上下壁板及前后梁四个面的内外部，其中外部为四个整体大角盒，内部为分立的独立小角盒。目前，安装在上下壁板外部的两个整体金属角盒为展向等厚度设计，展向有立筋加强，每个立筋的位置和内部长桁对应。整体大角盒的截止位置与内部小角盒的截止位置相同，现有的上墙端连接角盒采用整体机加不锈钢结构，其中与上下壁板连接的整体角盒为展向等厚度结构，采用4排普通螺栓连接，在内部长桁对应的位置处设计立筋加强。现有的上墙端整体角盒结构设计简单，制造较容易，但存在以下几点不足：一是现有的金属整体角盒为等厚度设计，使得装配后金属角盒与复合材料壁板连接区域角盒截止位置处刚度变化过大，容易引起邻近的长桁脱粘；二是外部整体大角盒与内部小角盒的截止位置相同，进一步加剧了金属角盒与复材试验件在截止位置处的刚度突变情况，该位置处复材试验件更加容易出现分层、脱粘等现象。

此外，传统的上墙夹持端设计考虑其为非考核区，通常未对角盒设计细节进行优化，即上文所述的等厚度、等长度的角盒结构，容易导致试验件靠近夹持端的区域载荷传递不均匀、载荷水平与真实工况失真等情况

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提出一种上墙端与壁板连接整体角盒组件，所述连接整体角盒考虑了复合材料试验件的特殊性，根据复合材料与金属材料的性能差异改进上墙端与壁板连接角盒的结构细节，改善了金属角盒与复材壁板之间的传力效果，消除潜在的对试验件损害的风险。同时，角盒的两端各设计了一个豁口，起到减重及与前后梁角盒装配更加协调的效果。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种上墙端与壁板连接整体角盒组件，所述连接整体角盒组件用于复合材料盒段试验，所述连接整体角盒组件包括：

一用于固定复合材料试验件的外部角盒；

若干用于配合所述外部角盒固定所述复合材料试验件的内部独立小角盒；

所述外部角盒设置在所述复合材料试验件壁板的外侧；

若干所述内部独立小角盒对称设置在所述复合材料试验件壁板的内侧；

所述外部角盒与若干所述内部独立小角盒对称设置。

进一步地，所述外部角盒在所述复合材料试验件上的第一截止区设置为变厚度台阶结构，从而减缓了所述第一截止区与所述复合材料试验件之间的刚度变化。

进一步地，所述内部独立小角盒在所述复合材料试验件上的第二截止区设置为变厚度台阶结构，从而减缓了所述第二截止区与所述复合材料试验件之间的刚度变化。

进一步地，一个所述外部角盒配合的所述内部独立小角盒的个数至少为2个。

进一步地，所述外部角盒材质为金属。

进一步地，所述内部独立小角盒为金属。

进一步地，所述金属材料包括铝合金、钢和钛合金。

进一步地，所述钢包括合金钢，所述合金钢包括45#钢、30CrMnSi钢和30CrMnSiA钢。

进一步地，所述变厚度台阶结构是指从靠近承力墙方向的角盒(外部角盒或内部独立小角盒)厚度较大区域(即第一截止区或第二截止区)，经过至少两次台阶减薄，逐渐过渡到靠近截止端的厚度较小区域，从而减缓了截止区角盒与复合材料试验件之间的刚度变化。

进一步地，所述变厚度台阶结构通过所述外部角盒或所述内部独立小角盒厚度的逐渐递减，优化所述外部角盒或所述内部独立小角盒的传力，避免在角盒截止位置处的应力集中；第一次台阶减薄，台阶厚度为所述外部角盒或所述内部独立小角盒原始厚度的70％～80％，第二次台阶减薄，台阶厚度为所述外部角盒或所述内部独立小角盒原始厚度的40％～50％。

进一步地，所述外部角盒形状为L形，所述变厚度台阶结构设置在L形的一条边或两条边上。

进一步地，所述内部独立小角盒形状为L形，所述变厚度台阶结构设置在L形的一条边或两条边上。

进一步地，所述外部角盒形状为L形时，在L形的两条边之间设置若干加强筋。

进一步地，所述内部独立小角盒形状为L形时，在L形的两条边之间设置若干加强筋。

进一步地，所述加强筋形状为三角形。

进一步地，所述所述第一截止区的长度大于所述第二截止区的长度，使得所述外部角盒与所述内部独立小角盒的截止端面错开，不在同一线上，进一步避免了所述外部角盒与所述复合材料试验件之间的刚度突变。

进一步地，所述连接整体角盒组件与所述复合材料试验件之间的连接，可以从翼根处的双剪结构逐渐过渡到单剪结构，并根据所述复合材料试验件与所述外部角盒和所述内部独立小角盒的模量和强度计算设计所述外部角盒和所述内部独立小角盒的厚度，以满足所述外部角盒和所述内部独立小角盒与所夹持的复合材料试验件的刚度匹配。

进一步地，所述外部角盒和所述内部独立小角盒的两端设计了豁口，与翼梁的外部角盒装配更加协调，同时起到了减重的效果。

进一步地，所述第一截止区包含至少2次台阶减薄的变厚度台阶结构。

进一步地，所述第二截止区包含至少2次台阶减薄的变厚度台阶结构。

进一步地，所述第一截止区的第一截止端与所述第二截止区的第二截止端在水平方向上的距离不小于一排螺栓的长度；该结构能够避免与复材试验件连接的两个金属角盒同时截止造成的刚度变化过大，减少复材损伤。

进一步地，所述一排螺栓个数为12～20个。

在金属角盒与复材试验件单剪连接区域(即所述水平方向上的距离所在的区域)增加一排螺栓，根据长桁数量排布螺栓，一个长桁端头增加2个螺栓；增加的一排螺栓优化钉载分布，同时对潜在的复合材料分层损伤可起到止裂效果。

本实用新型具有如下有益技术效果：

(1)本实用新型的一种上墙端与壁板连接整体角盒组件中，所述外部角盒和所述内部独立小角盒上分别设置至少2次台阶减薄的变厚度台阶结构：与现有的等厚度角盒相比，该结构实现角盒展向厚度变化，避免角盒与复合材料试验件连接时截止区的刚度突变现象，减少复合材料壁板长桁脱粘等损伤；同时变厚度台阶结构也起到了减重的效果。

(2)本实用新型的一种上墙端与壁板连接整体角盒组件第一截止区的第一截止端与所述第二截止区的第二截止端在水平方向上的距离不小于一排螺栓的长度：与现有的壁板内外金属角盒在同一位置截止的上墙端设计相比，该结构能够避免与复材试验件连接的两个金属角盒同时截止造成的刚度变化过大，减少复材损伤。

(3)本实用新型的一种上墙端与壁板连接整体角盒组件两端豁口设计：与现有的整体角盒设计相比，该结构可降低装配难度，同时起到减重的效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例中一种上墙端与壁板连接整体角盒组件连接复合材料试验件的示意图。

图2为本实用新型实施例中一种上墙端与壁板连接整体角盒组件中外部角盒的示意图。

图3为本实用新型实施例中一种上墙端与壁板连接整体角盒组件中独立内部小角盒的结构示意图。

图4为本实用新型实施例中外部角盒与内部独立小角盒与复材壁板的连接横截面结构示意图。

附图标记说明：1-承力墙；2-试验支持工装；3-外部角盒；4-复合材料机翼翼盒；5-变厚度台阶结构；6-加强筋；7-外部角盒；8-内部独立小角盒；9-复材试验件壁板；10-紧固件(螺钉)位置；11-第一截止区；12-第二截止区；13-翼梁的外部角盒；14-豁口。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例及说明书附图，对本实用新型进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

相反，本实用新型涵盖任何由权利要求定义的在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本实用新型有更好的了解，在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。

实施例1

本实施例提出一种上墙端与壁板连接整体角盒组件，如图3和图4所示，所述连接整体角盒组件用于复合材料盒段试验，所述连接整体角盒组件包括：

一用于固定复合材料试验件的外部角盒；

若干用于配合所述外部角盒固定所述复合材料试验件的内部独立小角盒；

所述外部角盒设置在所述复合材料试验件壁板的外侧；

若干所述内部独立小角盒对称设置在所述复合材料试验件壁板的内侧；

所述外部角盒与若干所述内部独立小角盒对称设置。

所述外部角盒在所述复合材料试验件上的第一截止区设置为变厚度台阶结构，从而减缓了所述第一截止区与所述复合材料试验件之间的刚度变化。

所述内部独立小角盒在所述复合材料试验件上的第二截止区设置为变厚度台阶结构，从而减缓了所述第二截止区与所述复合材料试验件之间的刚度变化。

所述外部角盒材质为铝合金。

所述内部独立小角盒为铝合金。

所述变厚度台阶结构是指从靠近承力墙方向的角盒(外部角盒或内部独立小角盒)厚度较大区域(即第一截止区或第二截止区)，经过至少两次台阶减薄，逐渐过渡到靠近截止端的厚度较小区域，从而减缓了截止区角盒与复合材料试验件之间的刚度变化。

所述变厚度台阶结构通过所述外部角盒或所述内部独立小角盒厚度的逐渐递减，优化所述外部角盒或所述内部独立小角盒的传力，避免在角盒截止位置处的应力集中；第一次台阶减薄，台阶厚度为所述外部角盒或所述内部独立小角盒原始厚度的70％～80％，第二次台阶减薄，台阶厚度为所述外部角盒或所述内部独立小角盒原始厚度的40％～50％。

所述外部角盒形状为L形，所述变厚度台阶结构设置在L形的一条边或两条边上。

所述内部独立小角盒形状为L形，所述变厚度台阶结构设置在L形的一条边或两条边上。

所述所述第一截止区的长度大于所述第二截止区的长度，使得所述外部角盒与所述内部独立小角盒的截止端面错开，不在同一线上，进一步避免了金属上墙端角盒与复材试验件之间的刚度突变。

所述连接整体角盒组件与所述复合材料试验件之间的连接，可以从翼根处的双剪结构逐渐过渡到单剪结构，并根据所述复合材料试验件与所述外部角盒和所述内部独立小角盒的模量和强度计算设计所述外部角盒和所述内部独立小角盒的厚度，以满足所述外部角盒和所述内部独立小角盒与所夹持的复合材料试验件的刚度匹配。

所述外部角盒和所述内部独立小角盒的两端设计了豁口，与翼梁的外部角盒装配更加协调，同时起到了减重的效果。

所述第一截止区包含至少2次台阶减薄的变厚度台阶结构。

所述第二截止区包含至少2次台阶减薄的变厚度台阶结构。

所述第一截止区的第一截止端与所述第二截止区的第二截止端在水平方向上的距离不小于一排螺栓的长度；该结构能够避免与复材试验件连接的两个金属角盒同时截止造成的刚度变化过大，减少复材损伤。

所述一排螺栓个数为12～20个。

在金属角盒与复材试验件单剪连接区域(即所述水平方向上的距离所在的区域)增加一排螺栓，根据长桁数量排布螺栓，一个长桁端头增加2个螺栓；增加的一排螺栓优化钉载分布，同时对潜在的复合材料分层损伤可起到止裂效果。

本实施例的一种上墙端与壁板连接整体角盒组件中，所述外部角盒和所述内部独立小角盒上分别设置至少2次台阶减薄的变厚度台阶结构：与现有的等厚度角盒相比，该结构实现角盒展向厚度变化，避免角盒与复合材料试验件连接时截止区的刚度突变现象，减少复合材料壁板长桁脱粘等损伤；同时变厚度台阶结构也起到了减重的效果。

所述第一截止区的第一截止端与所述第二截止区的第二截止端在水平方向上的距离不小于一排螺栓的长度：与现有的壁板内外金属角盒在同一位置截止的上墙端设计相比，该结构能够避免与复材试验件连接的两个金属角盒同时截止造成的刚度变化过大，减少复材损伤。

实施例2

本实施例提供的一种上墙端与壁板连接整体角盒组件与实施例1基本相同，唯不同的是：

所述外部角盒材质为45#钢。

所述内部独立小角盒为45#钢。

实施例3

本实施例提供的一种上墙端与壁板连接整体角盒组件与实施例1基本相同，唯不同的是：

所述外部角盒材质为30CrMnSi钢。

所述内部独立小角盒为30CrMnSi钢。

实施例4

本实施例提供的一种上墙端与壁板连接整体角盒组件与实施例1基本相同，唯不同的是：

所述外部角盒形状为L形时，在L形的两条边之间设置若干加强筋。

所述加强筋形状为三角形。

实施例5

本实施例提供的一种上墙端与壁板连接整体角盒组件与实施例1基本相同，唯不同的是：

所述内部独立小角盒形状为L形时，在L形的两条边之间设置若干加强筋。

所述加强筋形状为三角形。

实施例6

本实施例提供的一种上墙端与壁板连接整体角盒组件与实施例1基本相同，唯不同的是：

所述外部角盒形状为L形时，在L形的两条边之间设置若干加强筋。

所述内部独立小角盒形状为L形时，在L形的两条边之间设置若干加强筋。

所述加强筋形状为三角形。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。