一种复合材料与金属结合的连杆结构的制作方法

本发明涉及一种飞机吊挂盒传力结构，特别涉及一种复合材料连杆，属于飞机减重技术领域。

背景技术：

飞机的发展主要以低成本、高运载能力为目标，要达到这个目标首先要解决的是结构减重问题，吊挂盒段下连杆,是吊挂盒段的重要传力零件，用于连接吊挂盒段底部和机翼下翼面,传递发动机推力。传统飞机，包括b737、b777、c919飞机均采用金属材料，但随着复合材料技术的进步，相比于传统钢制连杆结构，如果吊挂连杆采用金属和复合材料相结合，可以减重50％～60％，潜在经济效益巨大。因此，发展复合材料连杆是实现飞机减重目的的关键技术之一。

现有采用复合材料的连杆结构，与钢质的同类构件相比重量降低了35％，但是对于设计人员来说,如何保证复合材料结构的设计符合纤维特性并且确保构件在使用时安全可靠是一个巨大的挑战。与金属结构相比，复合材料在载荷情况下的行为更复杂，所以不能简单地用纤维复合结构替代金属结构。

连杆作为飞机中的关键部件，其研制技术直接决定其性能，而其性能又对飞机有很大的影响，如连杆在工作过程中主要承受拉伸载荷和压缩载荷，其服役过程中的可靠性显得至关重要，尤其是复合材料筒和金属接头之间的耐久性。

技术实现要素：

针对现有复合材料连杆的筒身和金属接头之间的耐久性差的问题，本发明提供一种复合材料与金属结合的连杆结构。

本发明的一种复合材料与金属结合的连杆结构，包括两个金属接头1和复合材料筒身2，两个金属接头1分别与复合材料筒身2的两端连接；

每个金属接头1包括两个金属耳片1-1和一个金属连接结构1-2，两个金属耳片1-1设置在金属连接结构1-2的首端，两个金属耳片1-1和金属连接结构1-2为一体结构；

所述复合材料筒身2为内外双筒结构；

两个金属接头1的金属连接结构1-2的末端分别与复合材料筒身2内筒2-1的两个端部连接；

沿着连杆的轴向方向，利用复合材料将两个金属接头1的金属连接结构1-2和复合材料筒身2的内筒2-1的缠绕在一起，并在内筒2-1和金属连接结构1-2的外表面形成复合材料筒身2的外筒2-2。

优选的是，在两个金属耳片1-1之间的金属连接结构1-2端部设置一个凹槽1-3。

优选的是，所述复合材料筒身的铺层角度为±10°。

优选的是，所述金属连接结构1-2的末端与复合材料筒身2内筒2-1的端部采用楔形的胶接方式连接。

本发明的有益效果，本发明采用的是复合材料与金属相互结合的结构，大大减轻了结构体的重量，提高了结构效率，本发明的主要减重在复合材料筒身结构上，由于连杆主要承受拉力和压力，本发明设置的复合材料筒身和金属接头的环绕结构可以有效传递拉力，使得复合材料外筒能很好的承受拉力，而复合材料内筒则由外筒包裹设置在两个金属接头中间，使得内筒可以有效承受压力，增加连杆的筒身和金属接头之间的耐久性。本发明为复合材料与金属结合的连杆一体式设计并且承受载荷的结构方案，这样能充分利用结构材料，减少结构的质量。

附图说明

图1为未缠复合材料的金属接头的结构原理图；

图2为本发明的连杆的整体结构示意图；

图3为本发明的金属接头1的结构示意图；

图4为图2中金属接头1的部分正面结构示意图；

图5为图2中的金属接头1的轴向剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明的一种复合材料与金属结合的连杆结构，包括两个金属接头1和复合材料筒身2，两个金属接头1分别与复合材料筒身2的两端连接；

每个金属接头1包括两个金属耳片1-1和一个金属连接结构1-2，两个金属耳片1-1设置在金属连接结构1-2的首端，两个金属耳片1-1和金属连接结构1-2为一体结构；

所述复合材料筒身2为内外双筒结构；

两个金属接头1的金属连接结构1-2的末端分别与复合材料筒身2内筒2-1的两个端部连接；

沿着连杆的轴向方向，利用复合材料将两个金属接头1的金属连接结构1-2和复合材料筒身2的内筒2-1的缠绕在一起，并在内筒2-1和金属连接结构1-2的外表面形成复合材料筒身2的外筒2-2。

本实施方式缠绕外筒2-2有两种方式：

第一种，先在内筒2-1的外表面缠绕复合材料，形成外筒初始形状，再沿着连杆的轴向方向利用复合材料将外筒初始形状与两个金属接头1的金属连接结构1-2缠绕在一起，两次缠绕的复合材料一起形成外筒2-2；

第二种，不缠绕外筒初始形状，直接沿着连杆的轴向方向将两个金属接头1的金属连接结构1-2和内筒2-1缠绕在一起，缠绕的复合材料在固定两个金属接头1和内筒的同时，并形成外筒2-2，因为金属连接结构1-2的限制，这种情况下外筒不宜过厚；

优选实施例中，在两个金属耳片1-1之间的金属连接结构1-2端部设置一个凹槽1-3，复合材料缠绕时，穿过一端金属连接结构1-2的凹槽、再经过复合材料筒身2内筒2-1及另一端金属连接结构1-2的凹槽，重复缠绕，实现复合材料筒身和金属接头的环绕结构，所述凹槽用于放置复合材料。

本实施方式的连杆结构的原理示意图如图1至图5所示，当连杆受到拉力时，金属耳片1-1将拉力通过复合材料筒身2与金属连接结构1-2的末端作用于外筒，当连杆受到压力时，金属耳片1-1将压力通过复合材料筒身2与金属连接结构1-2作用于内筒，使拉力和压力能够很好的传递。

本实施方式连杆的设计方法：

对于复合材料连杆，由于尺寸限制，其复合材料筒身厚度很薄，因此复合材料连杆的结构设计尤为重要。复合材料筒身在缠绕工艺过程中的缠绕线型设计和铺层顺序设计往往先于工艺设计，造成设计与工艺脱节。铺层优化设计的结果在工艺上往往无法满足纤维稳定的要求，导致优化设计的目标无法实现，需要重新设计，并进行大量的试验工艺摸索。通过对接头缠绕轨迹的计算，可以确定理论优化设计的边界条件，大幅度减少试错试验的数量，降低成本的同时，可以得到可行的最优方案。

复合材料连杆在纤维与金属接头处的缠绕层由于连续纤维缠绕的原因，在接头附近将产生纤维堆积现象，这种纤维堆积将导致接头厚度出现不连续的非线性变化，接头附近复合材料堆高限制接头的设计尺寸，以及复合材料在缠绕过程中纤维滑线、架空等现象。此外，如何精确预测各种缠绕线型和缠绕层分布下的接头附近厚度分布，对复合材料接头有限元建模的精确性也影响极大。因此，通过对缠绕厚度的精确预测，同时对每种线型在接头处的轨迹分布进行精确计算后，可以得到每种线型在每个单元范围内的厚度堆积情况和缠绕角精确值，然后再逐点代入有限元单元中，可进行更加精确的有限元计算。

在以上工作的基础上，通过联用abaqus和迭代计算程序以及缠绕线型表，设计不同的缠绕线型，进而以应变均匀为设计目标，对各种允许线型下的变形情况进行计算并优选，达到复合材料筒身的强度和刚度优化设计，进而完成整个连杆的设计。

优选实施例中，所述复合材料筒身的铺层角度为±10°。

优选实施例中，所述金属连接结构1-2的末端与复合材料筒身2内筒2-1的端部采用楔形的胶接方式连接。

本发明采用内外双筒的复合材料筒身结构，大大提高了结构承受压缩载荷的能力，同时将碳纤维复合材料筒身2与金属接头1以楔形和缠绕方式连接，提高了结构承受拉伸载荷的能力，从而满足连杆结构要求。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。