权利要求
1.一种
复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1)对与金属连接件连接的复合材料舱段粘结斜面进行设计，获取复合材料舱段粘结斜面参数，根据复合材料舱段粘结斜面参数，制备复合材料测试件和金属测试件;
S2)在复合材料测试件粘接斜面涂抹胶液，形成胶层，将金属测试件与复合材料测试件粘接于一体，获得待测组件，胶层固化后，采用固定工装对待测组件的横向和纵向进行夹持固定，对待测组件进行横向加载，加载到胶层厚度满足要求后，停止横向加载，记录待测组件的胶层厚度和横轴向紧固载荷;
S3)按照GB/T 7142要求，对待测组件拉伸测试，记录待测组件拉伸破坏载荷;
S4)依据公式f测=T测/S测，获得待测组件斜面的单位面积承载能力f测，其中，T测为待测组件拉伸破坏载荷，S测为复合材料舱段粘结斜面面积;
S5)根据复合材料舱段粘结斜面面积参数，制备实际的复合材料舱段和金属连接件，涂抹胶液，将复合材料舱段和金属连接件固接，获得产品，胶液固化后，按照步骤S2获得的轴向紧固载荷对产品进行加载，加载后，测定产品的拉伸破坏载荷T产品，依据公式f产品=T产品/S产品，获得产品斜面的单位面积承载能力f产品，将f测与f产品进行比值运算，获得校正系数k;
S6)根据公式T产品=kf测×S产品，获得产品复合材料舱段粘接面的承载能力T产品，S产品为复合材料舱段粘结斜面参数;
S7)若T产品<指标要求，重新设计复合材料舱段粘结斜面的斜面参数，再重复步骤S1至S6，直到T产品大于指标要求。
2.根据权利要求1所述的复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法，其特征在于：
复合材料测试件厚度根据粘结面参数和粘结面角度确定，复合材料测试件的厚度≤5mm。
3.根据权利要求1所述的复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法，其特征在于：固定工装包括底板(1)，底板(1)相对两侧设有立板(2)，各立板(2)上设有第一螺孔，各第一螺孔贯穿对应的立板(2)，各第一螺孔上螺接有第一顶丝(3)，还包括沿底板(1)长度间隔布设的定位框(4)，各定位框(4)的三个端面均设有贯穿定位框(4)第二螺孔，各第二螺孔内均螺接有第二顶丝(5);
还包括位于个定位框(4)内的固定框(6)，固定框(6)下端面设有与待测组件尺寸匹配的固定容腔，各固定框(6)通过对应的第二顶丝(5)固定于底板(1)上。
4.根据权利要求1所述的复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法，其特征在于：加载到待测组件的胶层厚度小于0.2mm，停止横向加载。
5.根据权利要求1所述的复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法，其特征在于：
在粘接前，对复合材料测试件粘结面进行粗糙化处理，并使用有机溶剂清理;
金属测试件的粘结面采用320目金刚砂进行喷砂。
6.根据权利要求1所述的复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法，其特征在于：胶层固化后，对待测组件进行打磨处理。
7.根据权利要求1所述的复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法，其特征在于：T产品>指标要求后，进行批量化生产。
8.根据权利要求1所述的复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法，其特征在于：根据胶的种类，确定胶层固化时间。
9.根据权利要求1所述的复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法，其特征在于：复合材料测试件采用
碳纤维增强树脂材料制备。
10.根据权利要求1所述的复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法，其特征在于：金属测试件的材质为钢。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及复合材料技术领域，尤其是涉及一种复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法。
背景技术
[0002]金属材料的连接通常为焊接或者机械连接，而复合材料与金属连接通常使用粘结或者机械连接，复合材料与金属机械连接时，需要在复合材料部件上打孔，但是打孔会导致局部分层和局部应力集中等问题，因此，最为常用的是粘接连接的形式，粘接连接进行承载评估时，一直存在着难以准确量化的问题，通常使用剪切强度或剥离强度进行粘结剂性能的评估，但实际产品通常为斜面粘接形式，目前采用的计算方式是将斜面投影至轴向后，利用轴向投影面积与拉剪强度相乘，获得部件轴向载荷承载能力数据。然而，上述方法存在偏差，主要是由于斜面粘接面在承载时，同时存在拉剪和剥离两种破坏模式，不能简单的使用面积投影方法获得载荷。
[0003]对于复合材料舱段而言，两端可用于粘接设计的空间位置有限。因此，对于粘接结构设计十分重要，粘接结果应该同时满足粘结强度和气密功能，对于粘接面角度、粘接面面积等进行量化设计，需要较为直观的、可量化评估的轴向拉伸工况下的粘结结构设计方法。
[0004]CN117030393A公开的一种加压固定工装、试样粘接方法， CN 215510725 U的中国专利文献公开了一种用于快速批量制作单搭接粘接试样的高温固化夹具，主要的目的是在GB/T 7142粘接剂拉伸剪切强度测定的标准之下，如何快速、稳定的制备拉剪试样，而这种垂直于粘结面的载荷施加形式，无法适用于复合材料舱段与金属端框的粘结之中。
[0005]因此，针对上述问题本发明急需提供一种复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法。
发明内容
[0006]本发明的目的在于提供复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法，通过复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法的提出以解决现有的斜面粘接面在承载时，同时存在拉剪和剥离两种破坏模式，目前的斜面的载荷承载能力计算方式是将斜面投影至轴向后，利用轴向投影面积与拉剪强度相乘，获得部件轴向载荷承载能力数据，但是这种方法与实际受力存在偏差的技术问题。
[0007]本发明提供的一种复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1)对与金属连接件连接的复合材料舱段粘结斜面进行设计，获取复合材料舱段粘结斜面参数，根据复合材料舱段粘结斜面参数，制备复合材料测试件和金属测试件;
S2)在复合材料测试件粘接斜面涂抹胶液，形成胶层，将金属测试件与复合材料测试件粘接于一体，获得待测组件，胶层固化后，采用固定工装对待测组件的横向和纵向进行夹持固定，对待测组件进行横向加载，加载到胶层厚度满足要求后，停止横向加载，记录待测组件的胶层厚度和横轴向紧固载荷;
S3)按照GB/T 7142要求，对待测组件拉伸测试，记录待测组件拉伸破坏载荷;
S4)依据公式f测=T测/S测，获得待测组件斜面的单位面积承载能力f测，其中，T测为待测组件拉伸破坏载荷，S测为复合材料舱段粘结斜面面积;
S5)根据复合材料舱段粘结斜面面积参数，制备实际的复合材料舱段和金属连接件，涂抹胶液，将复合材料舱段和金属连接件固接，获得产品，胶液固化后，按照步骤S2获得的轴向紧固载荷对产品进行加载，加载后，测定产品的拉伸破坏载荷T产品，依据公式f产品=T产品/S产品，获得产品斜面的单位面积承载能力f产品，将f测与f产品进行比值运算，获得校正系数k;
S6)根据公式T产品=kf测×S产品，获得产品复合材料舱段粘接面的承载能力T产品，S产品为复合材料舱段粘结斜面参数;
S7)若T产品<指标要求，重新设计复合材料舱段粘结斜面的斜面参数，再重复步骤S1至S6，直到T产品大于指标要求。
[0008]优选地，复合材料测试件厚度根据粘结面参数和粘结面角度确定，复合材料测试件的厚度≤5mm。
[0009]优选地，固定工装包括底板，底板相对两侧设有立板，各立板上设有第一螺孔，各第一螺孔贯穿对应的立板，各第一螺孔上螺接有第一顶丝，还包括沿底板长度间隔布设的定位框，各定位框的三个端面均设有贯穿定位框第二螺孔，各第二螺孔内均螺接有第二顶丝;
还包括位于个定位框内的固定框，固定框下端面设有与待测组件尺寸匹配的固定容腔，各固定框通过对应的第二顶丝固定于底板上。
[0010]优选地，加载到待测组件的胶层厚度小于0.2mm，停止横向加载。
[0011]优选地，在粘接前，对复合材料测试件粘结面进行粗糙化处理，并使用有机溶剂清理;
金属测试件的粘结面采用320目金刚砂进行喷砂。
[0012]优选地，胶层固化后，对待测组件进行打磨处理。
[0013]优选地，T产品>指标要求后，进行批量化生产。
[0014]优选地，根据胶的种类，确定胶层固化时间。
[0015]优选地，复合材料测试件采用碳纤维增强树脂材料制备。
[0016]优选地，金属测试件的材质为钢。
[0017]本发明提供的一种复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法与现有技术相比具有以下进步：
1、本发明通过复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法的设计，可以更为直观的将测试组件和产品工艺参数联系起来，可以根据试件的参数及测试结果，可以针对性进行粘结参数优化，改变粘接面积，对产品粘接后轴向拉伸承载能力进行有效的量化评估，对复合材料舱段粘接面量化计算，获得的结果更加准确，降低制造成本;同时粘接试样用的工装使用的轴向加载，也可以作为复合材料舱段产品与端框粘接时粘接载荷参数的参考。
[0018]2、本发明通过固定工装的设计，可以实现对待测组件紧固在底板上，限制待测组件无轴向外的位移，可以实现定向溢胶，与产品粘接时溢胶形式保持一致，保证测试数据的准确性。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。
[0020]图1为本发明所述复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法的步骤框图;
图2为本发明所述的固定工装的结构示意图(立体图)。
[0021]附图标记说明：
1、底板;2、立板;3、第一顶丝;4、定位框;5、第二顶丝;6、固定框。
具体实施方式
[0022]下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动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。
[0023]如图1所示，本发明提供的一种复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法，包括如下步骤：
S1)对与金属连接件连接的复合材料舱段粘结斜面进行设计，获取复合材料舱段粘结斜面参数，根据复合材料舱段粘结斜面参数，制备复合材料测试件和金属测试件;
S2)在复合材料测试件粘接斜面涂抹胶液，形成胶层，将金属测试件与复合材料测试件粘接于一体，获得待测组件，胶层固化后，采用固定工装对待测组件的横向和纵向进行夹持固定，对待测组件进行横向加载，加载到胶层厚度满足要求后，停止横向加载，记录待测组件的胶层厚度和横轴向紧固载荷;
S3)按照GB/T 7142要求，对待测组件拉伸测试，记录待测组件拉伸破坏载荷;
S4)依据公式f测=T测/S测，获得待测组件斜面的单位面积承载能力f测，其中，T测为待测组件拉伸破坏载荷，S测为复合材料舱段粘结斜面面积;
S5)根据复合材料舱段粘结斜面面积参数，制备实际的复合材料舱段和金属连接件，涂抹胶液，将复合材料舱段和金属连接件固接，获得产品，胶液固化后，按照步骤S2获得的轴向紧固载荷对产品进行加载，加载后，测定产品的拉伸破坏载荷T产品，依据公式f产品=T产品/S产品，获得产品斜面的单位面积承载能力f产品，将f测与f产品进行比值运算，获得校正系数k;
S6)根据公式T产品=kf测×S产品，获得产品复合材料舱段粘接面的承载能力T产品，S产品为复合材料舱段粘结斜面参数;
S7)若T产品<指标要求，重新设计复合材料舱段粘结斜面的斜面参数，再重复步骤S1至S6，直到T产品大于指标要求。
[0024]本发明通过复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法的设计，可以更为直观的将测试组件和产品工艺参数联系起来，可以根据试件的参数及测试结果，可以针对性进行粘结参数优化，改变粘接面积，对产品粘接后轴向拉伸承载能力进行有效的量化评估，对复合材料舱段粘接面量化计算，获得的结果更加准确，降低制造成本。同时粘接试样用的工装使用的轴向加载，也可以作为复合材料舱段产品与端框粘接时粘接载荷参数的参考。
[0025]本发明通过复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法，可以用于在有拉伸载荷需求的复合材料舱段推广应用，具有很高的应用价值及推广意义。
[0026]具体地，复合材料测试件厚度根据粘结面参数和粘结面角度确定，复合材料测试件的厚度≤5mm。
[0027]具体地，如图2所示，固定工装包括底板1，底板1相对两侧设有立板2，各立板2上设有第一螺孔，各第一螺孔贯穿对应的立板2，各第一螺孔上螺接有第一顶丝3，还包括沿底板1长度间隔布设的定位框4，各定位框4的三个端面均设有贯穿定位框4第二螺孔，各第二螺孔内均螺接有第二顶丝5;还包括位于个定位框4内的固定框6，固定框6下端面设有与待测组件尺寸匹配的固定容腔，各固定框6通过对应的第二顶丝5固定于底板1上，固定框6根据测试组件进行更换，固定框6与底板1是活动连接。
[0028]本实施例的定位框4内顶面的纵向高度大于立板2顶端面的纵向高度，定位框4内顶面纵向高度与立板2顶端面的纵向高度差值大于复合材料测试件和金属测试件的厚度。
[0029]本发明通过固定工装的设计，可以实现对待测组件紧固在底板上，限制待测组件无轴向外的位移，可以实现定向溢胶，与产品粘接时溢胶形式保持一致，保证测试数据的准确性。
[0030]本实施例的固定框6的长度不应大于粘接面轴向投影的长度，保证待测组件粘接缝外露，不影响粘接缝溢胶，同时限定其它位置溢胶。
[0031]具体地，加载到待测组件的胶层厚度小于0.2mm，停止横向加载。
[0032]具体地，在粘接前，对复合材料测试件粘结面进行粗糙化处理，并使用有机溶剂清理;
金属测试件的粘结面采用320目金刚砂进行喷砂。
[0033]具体地，胶层固化后，对待测组件进行打磨处理。
[0034]具体地，T产品>指标要求后，进行批量化生产。
[0035]具体地，根据胶的种类，确定胶层固化时间。
[0036]具体地，复合材料测试件采用碳纤维增强树脂材料制备。
[0037]具体地，金属测试件的材质为钢。
[0038]最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
说明书附图(2)
声明：
“复合材料舱段斜面粘结连接承载量化评估方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：北京玻钢院复合材料有限公司
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2025年04月25日 ~ 27日 
