复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构及方法

摘要

本发明提供复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构及方法，结构包括：金属部件，设有燕尾槽；复合材料部件包括：复合材料主体和复合材料连接部，复合材料连接部包括复合材料成型结构，设于燕尾槽中，且外表面与燕尾槽的内表面贴合，复合材料成型结构与复合材料主体一体成型；复合材料预制块，用于固定复合材料成型结构的增强材料在燕尾槽中的位置，装填于复合材料成型结构内部，复合材料预制块外表面与复合材料成型结构内表面贴合。该结构及方法在复合材料成型前，先将增强材料与燕尾槽进行有效结合，再进行一体化成型，使连接结构同时具备复合材料与金属连接的强度与密封功能，避免了复合材料与金属部件机械连接与粘接连接的诸多缺点。

权利要求

1.复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构，其特征在于，包括：金属部件，所述金属部件设有燕尾槽；

复合材料部件，包括：复合材料主体和复合材料连接部，所述复合材料连接部包括：复合材料成型结构，设于所述燕尾槽中，且所述复合材料成型结构的外表面与所述燕尾槽的内表面贴合，所述复合材料成型结构与所述复合材料主体一体成型；

复合材料预制块，用于固定所述复合材料成型结构的增强材料在所述燕尾槽中的位置，装填于所述复合材料成型结构的内部，所述复合材料预制块的外表面与所述复合材料成型结构的内表面贴合；

所述复合材料预制块位于所述复合材料成型结构的内部的中间部位；且所述复合材料预制块的两侧的底角与所述燕尾槽的对应底角的角度相同或为所述燕尾槽的对应底角的o

角度±5；

所述复合材料预制块由复合材料底块和第一复合材料压块、第二复合材料压块拼合构成，所述第一复合材料压块、所述第二复合材料压块分别位于所述复合材料底块的两侧；

所述复合材料底块的两侧的底角与所述燕尾槽的对应底角的角度相同或为所述燕尾o

槽的对应底角的角度±5；

所述第一复合材料压块、所述第二复合材料压块的靠近所述燕尾槽的底角与所述燕尾o

槽的对应底角的角度相同或为所述燕尾槽的对应底角的角度±5。

2.根据权利要求1所述的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构，其特征在于，所述复合材料预制块的结构尺寸符合以下公式：a1≥2b+2c；

a1≥2b+d；

a2≥2b+2c+d；

a2≈1.5a1；

h1=h2≈0.7h；

1/2a1≤2b≤2/3a1；

其中，a1为所述燕尾槽的小径；a2为所述燕尾槽的大径；h为燕尾槽的槽高；b为所述复合材料成型结构的增强材料的铺设厚度；c为所述第一复合材料压块、所述第二复合材料压块的厚度；d为所述复合材料底块的厚度；h1为所述复合材料底块的高度；h2为所述第一复合材料压块、所述第二复合材料压块的高度。

3.根据权利要求1所述的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构，其特征在于：

所述复合材料底块和/或所述第一复合材料压块和/或所述第二复合材料压块上设有树脂流道，所述树脂流道沿所述复合材料底块或所述第一复合材料压块或所述第二复合材料压块的长度方向设置，并贯通所述复合材料底块或所述第一复合材料压块或所述第二复合材料压块的两端；

所述复合材料底块和/或所述第一复合材料压块和/或所述第二复合材料压块的侧面还设有多个侧孔，所述侧孔与所述树脂流道相通。

4.复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接方法，其特征在于，包括以下步骤：S1. 在金属部件上加工燕尾槽；

S2. 将第一增强材料铺设于所述燕尾槽内，并采用复合材料预制块将所述第一增强材料的填充位置固定；所述复合材料预制块位于所述第一增强材料的内部的中间部位；且所述复合材料预制块的两侧的底角与所述燕尾槽的对应底角的角度相同或为所述燕尾槽的o

对应底角的角度±5 ；所述复合材料预制块由复合材料底块和第一复合材料压块、第二复合材料压块拼合构成；所述复合材料底块的两侧的底角与所述燕尾槽的对应底角的角度相o

同或为所述燕尾槽的对应底角的角度±5 ；所述第一复合材料压块、所述第二复合材料压块的靠近所述燕尾槽的底角与所述燕尾槽的对应底角的角度相同或为所述燕尾槽的对应o

底角的角度±5；

S3. 在所述燕尾槽内的空余区域填充第二增强材料；

S4. 将所述第一增强材料、所述第二增强材料与复合材料主体的增强材料进行搭接；

S5. 设置模具并铺设成型辅材，向所述第一增强材料、所述第二增强材料与所述复合材料主体的增强材料灌注树脂材料，进行一体化成型，并固化，完成所述复合材料与所述金属部件的燕尾槽一体化成型连接。

5.根据权利要求4所述的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接方法，其特征在于：

步骤S2具体为：

S201. 将所述复合材料底块设于所述第一增强材料指定位置处固定，构成第一装填体；

S202. 将所述第一装填体放于所述燕尾槽中，当所述复合材料底块进入所述燕尾槽高度的2/3处时，在所述复合材料底块上方加所述第一复合材料压块和所述第二复合材料压块，所述第一复合材料压块、所述第二复合材料压块分别位于所述复合材料底块的两侧，构成第二装填体；

S203. 向所述第一复合材料压块和所述第二复合材料压块施加压力，使所述第二装填体完全进入所述燕尾槽中。

6.根据权利要求5所述的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接方法，其特征在于，所述复合材料预制块的结构尺寸符合以下公式：a1≥2b+2c；

a1≥2b+d；

a2≥2b+2c+d；

a2≈1.5a1；

h1=h2≈0.7h；

1/2a1≤2b≤2/3a1；

其中，a1为所述燕尾槽的小径；a2为所述燕尾槽的大径；h为燕尾槽的槽高；b为所述复合材料成型结构的增强材料的铺设厚度；c为所述第一复合材料压块、所述第二复合材料压块的厚度；d为所述复合材料底块的厚度；h1为所述复合材料底块的高度；h2为所述第一复合材料压块、所述第二复合材料压块的高度。

7.根据权利要求5所述的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接方法，其特征在于，还包括在步骤S2之前进行步骤S2a、S2b：S2a. 在所述复合材料底块和/或所述第一复合材料压块和/或所述第二复合材料压块上设置树脂流道，所述树脂流道沿所述复合材料底块或所述第一复合材料压块或所述第二复合材料压块的长度方向设置，并贯通所述复合材料底块或所述第一复合材料压块或所述第二复合材料压块的两端；

S2b. 在所述复合材料底块和/或所述第一复合材料压块和/或所述第二复合材料压块的侧面设置多个侧孔，所述侧孔与所述树脂流道相通。

8.根据权利要求4所述的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接方法，其特征在于，步骤S5中，所述设置模具并铺设成型辅材具体为：以所述燕尾槽为复合材料成型过程模具的一部分，将所述燕尾槽与所述复合材料主体的模具组合，形成完整的成型模具；铺设成型辅材，并以所述燕尾槽处作为注胶口或出胶口。

说明书

复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构及方法

技术领域

[0001] 本发明属于复合材料技术领域，具体涉及复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构及方法。

背景技术

[0002] 在复合材料制件过程，常会遇到需要将复合材料与金属部件进行连接的情况，目前常用的连接是机械连接和粘接连接。

[0003] 机械连接是先将金属部件与复合材料部件单独制备完成后，使用紧固件（如螺钉）将金属部件与复合材料部件紧固，同时为保证密封效果，往往在金属部件表面加工密封槽，
配有橡胶、四氟乙烯等弹性材质密封圈用以密封连接位置。例如公开号为CN213064182U的
中国专利文献公开了一种复合材料板与金属板的连接结构，连接装置为固定于金属板的多
个基座，复合材料板上设有通孔，通孔和基座相对应，通孔和基座经固定连接。但是机械连
接存在以下缺点：1. 应力集中，机械连接需要在复合材料部件及金属部件连接位置开孔用
以放置螺钉等紧固件，通常金属部件强度高于复合材料，且金属部件对于开孔损伤并不明
显，但对于复合材料而言，开孔加工可能造成层间分层，同时复合材料开孔处在后续使用过
程中作为连接位置，将会由较大的应力集中现象，造成复合材料局部损伤，进而可能导致复
合材料连接失效。2. 复合材料连接面质量难以保证，对于较大尺寸部件连接时，为保证复
合材料部件与金属部件之间的密封效果，金属部件可进行精细机械加工，获得较高质量的
尺寸精度及表面光洁度，但对于复合材料而言，经机加工后表面光洁度难以有效保证，若采
用RTM等工艺成型依靠模具保证表面光洁度时，则往往在表面会形成富树脂层不利于连接
强度，且其尺寸在模具脱模后可能存在形变。复合材料连接面的表面质量需要具有丰富实
践经验的操作人员投入较多精力进行后处理。

[0004] 粘接连接是将金属部件与复合材料部件单独制备完成后，将连接面进行粘接预处理，如表面喷砂或砂纸打磨粗糙，形成粗糙表面能够加强粘接剂的附着面积与强度，将粘接
剂均匀涂抹在连接面表面后，将金属部件和复合材料部件对接，在粘接过程与连接面垂直
的方向保持恒定施加一定载荷以保证粘接强度，待粘接剂固化后，完成胶接成型工序。但是
粘接连接存在以下缺点：1. 复合材料部件与金属部件的粘接面其粘接位置、粘接角度等，
均需要进行根据产品实际使用情况进行核算设计，粘接强度受胶层厚度、粘接工艺实施细
节等影响，离散较大。2. 以粘接方式连接时，部件在使用过程中受一定程度的震动、冲击等
方式载荷后可能形成损伤，造成粘接面局部脱粘，在粘接面脱粘位置易形成应力集中，在后
续使用中损伤扩展，继而造成连接失效，难以保证复合材料部件与金属部件连接可靠性。

发明内容

[0005] 本发明解决的技术问题是提供复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构及方法，在金属部件加工燕尾槽，在复合材料成型前，先将增强材料与燕尾槽进行有效结
合，再进行复合材料一体化成型，使连接结构同时具备复合材料与金属连接的强度与密封
功能，避免了复合材料与金属部件机械连接与粘接连接的诸多缺点。

[0006] 为了解决上述问题，本发明提供的一个方面提供复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构，包括：

[0007] 金属部件，所述金属部件设有燕尾槽；

[0008] 复合材料部件，包括：复合材料主体和复合材料连接部，所述复合材料连接部包括：

[0009] 复合材料成型结构，设于所述燕尾槽中，且所述复合材料成型结构的外表面与所述燕尾槽的内表面贴合，所述复合材料成型结构与所述复合材料主体一体成型；

[0010] 复合材料预制块，用于固定所述复合材料成型结构的增强材料在所述燕尾槽中的位置，装填于所述复合材料成型结构的内部，所述复合材料预制块的外表面与所述复合材
料成型结构的内表面贴合。

[0011] 本发明的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构，采用燕尾槽结构进行连接，且该连接结构中复合材料部件与金属部件是在复合材料成型前进行有效结合，其中
复合材料部件的复合材料主体和复合材料连接部（复合材料成型结构）一体化成型的，并不
是在复合材料件成型后与其他部件进行简单的加工拼接组合。其不需要增加用于加强连接
面的法兰面，在进行复合材料代用时，可最大程度沿用原金属部件尺寸，不需要进行复合材
料连接结构尺寸的二次设计，不会因复合材料应用而占用额外空间，提升复合材料减重效
果。具有以下优点：1. 从结构角度分析，本发明的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型
连接结构，相比于机械连接可以消除复合材料部件与金属部件在连接部位承载的应力集
中，相比于粘接连接一体成型的燕尾槽具有更高的强度及稳定性，提高产品在使用环境中
的可靠性。2.从功能角度分析，本发明的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构，
其密封功能是由复合材料一体化成型时将燕尾槽进行本体密封，其密封功能与复合材料部
件同寿命，避免了机械连接的密封件失效更换问题，也避免了粘接连接受载脱粘密封失效
问题。3. 在确保强度及功能的前提下，极大的减少了复合材料部件的配件数量。

[0012] 优选地，所述复合材料预制块位于所述复合材料成型结构的内部的中间部位；且所述复合材料预制块的两侧的底角与所述燕尾槽的对应底角的角度相同或为所述燕尾槽
o
的对应底角的角度±5。

[0013] 其中，复合材料预制块的两侧底角指其底边与侧边的夹角，具体可见附图4中∠α，与燕尾槽对应底角指装填时与燕尾槽底角相靠近的底角。

[0014] 本发明的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构，其中复合材料预制块的目的是在增强纤维对燕尾槽进行填充时，对增强纤维的位置进行固定，可避免燕尾槽中
心部分富树脂，在受载时富树脂部分损伤造成连接失效，同时在复合材料成型后复合材料
预制块和二次成型的复合材料成型结构具有良好的相容性，具有较高的连接强度。将复合
材料预制块设置在燕尾槽中部，并且两侧底角与燕尾槽底角角度相同或相近，可使两侧增
强纤维装填厚度均匀且一致，进一步保证连接结构的力学性能。

[0015] 优选地，所述复合材料预制块由复合材料底块和第一复合材料压块、第二复合材料压块拼合构成，所述第一复合材料压块、所述第二复合材料压块分别位于所述复合材料
底块的两侧；

[0016] 所述复合材料底块的两侧的底角与所述燕尾槽的对应底角的角度相同或为所述o
燕尾槽的对应底角的角度±5；

[0017] 所述第一复合材料压块、所述第二复合材料压块的靠近所述燕尾槽的底角与所述o
燕尾槽的对应底角的角度相同或为所述燕尾槽的对应底角的角度±5。

[0018] 其中，复合材料底块、第一复合材料压块、第二复合材料压块的底角均指其底边与侧边的夹角（见附图4，∠β）。将复合材料预制块设置为复合材料底块和第一复合材料压块、
第二复合材料压块拼合，并采用上述底角设置，可更便于复合材料预制块对增强纤维进行
固定时的装填过程。

[0019] 优选地，所述复合材料预制块的结构尺寸符合以下公式：

[0020] a1≥2b+2c；

[0021] a1≥2b+d；

[0022] a2≥2b+2c+d；

[0023] a2≈1.5a1；

[0024] h1=h2≈0.7h；

[0025] 1/2a1≤2b≤2/3a1；

[0026] 其中，a1为所述燕尾槽的小径；a2为所述燕尾槽的大径；h为燕尾槽的槽高；b为所述复合材料成型结构的增强材料的铺设厚度；c为所述第一复合材料压块、所述第二复合材料
压块的厚度；d为所述复合材料底块的厚度；h1为所述复合材料底块的高度；h2为所述第一复
合材料压块、所述第二复合材料压块的高度。字母的指代具体可见附图4。

[0027] 燕尾槽尺寸可根据力学计算结果，进行小径a1、大径a2、及高度h的设计，小径尺寸设计依据复合材料部件壁厚而定，大径尺寸按照结构计算结果，进行微调，基准值应为1.5
倍小径，h决定燕尾槽的角度，其尺寸根据结构特点及力学性能需求可进行调整，但要注意
的是当小径和大径确定的条件下，调整高度h将改变燕尾槽夹角。复合材料预制块尺寸决定
燕尾槽内部装填程度，影响复合材料增强纤维的铺层情况，进而关系到燕尾槽内复合材料
含胶量，最终影响燕尾槽力学性能。复合材料增强纤维厚度b则直接影响预制块尺寸，增强
纤维厚度过厚，则复合材料预制块无法完全填充燕尾槽中心部分，增强纤维厚度过薄，则复
合材料部件与金属部件连接力学性能较低，因此合理分配复合材料增强纤维厚度与复合材
料预制块的尺寸是保证燕尾槽连接综合性能的关键。

[0028] 优选地，所述复合材料底块和/或所述第一复合材料压块和/或所述第二复合材料压块上设有树脂流道，所述树脂流道沿所述复合材料底块或所述第一复合材料压块或所述
第二复合材料压块的长度方向设置，并贯通所述复合材料底块或所述第一复合材料压块或
所述第二复合材料压块的两端；

[0029] 所述复合材料底块和/或所述第一复合材料压块和/或所述第二复合材料压块的侧面还设有多个侧孔，所述侧孔与所述树脂流道相通。

[0030] 由于在燕尾槽装填后其中心部位为复合材料预制块，在复合材料预制块上设置树脂流道可保证燕尾槽内复合材料增强材料纤维布在成型过程中有效浸渍。复合材料预制块
上长度方向设置的贯通流道，可满足复合材料成型时燕尾槽长度方向胶液流动，而复合材
料预制块上的与树脂流道连通的侧孔，可保证灌注时面内的浸渍效果。

[0031] 进一步地，所述复合材料底块的所述树脂流道为三角槽形状，设置于所述复合材料底块的底部中间。

[0032] 进一步地，所述第一复合材料压块和/或所述第二复合材料压块的所述树脂流道为半椭圆槽形状。

[0033] 进一步地，多个所述侧孔在所述复合材料底块和/或所述第一复合材料压块和/或所述第二复合材料压块的侧面上均匀排布。

[0034] 本发明的另一方面提供复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接方法，包括以下步骤：

[0035] S1. 在金属部件上加工燕尾槽；

[0036] S2. 将第一增强材料铺设于所述燕尾槽内，并采用复合材料预制块将所述第一增强材料的填充位置固定；

[0037] S3. 在所述燕尾槽内的空余区域填充第二增强材料；

[0038] S4. 将所述第一增强材料、所述第二增强材料与复合材料主体的增强材料进行搭接；

[0039] S5. 设置模具并铺设成型辅材，向所述第一增强材料、所述第二增强材料与所述复合材料主体的增强材料灌注树脂材料，进行一体化成型，并固化，完成所述复合材料与所
述金属部件的燕尾槽一体化成型连接。

[0040] 本发明的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接方法，采用燕尾槽结构进行连接，且该连接结构中复合材料部件与金属部件是在复合材料成型前进行有效结合，其中
复合材料部件的复合材料主体和复合材料连接部（复合材料成型结构）一体化成型的，并不
是在复合材料件成型后与其他部件进行简单的加工拼接组合。其不需要增加用于加强连接
面的法兰面，在进行复合材料代用时，可最大程度沿用原金属部件尺寸，不需要进行复合材
料连接结构尺寸的二次设计，不会因复合材料应用而占用额外空间，提升复合材料减重效
果。具有以下优点：1. 从结构角度分析，本发明的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型
连接结构，相比于机械连接可以消除复合材料部件与金属部件在连接部位承载的应力集
中，相比于粘接连接一体成型的燕尾槽具有更高的强度及稳定性，提高产品在使用环境中
的可靠性。2.从功能角度分析，本发明的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构，
其密封功能是由复合材料一体化成型时将燕尾槽进行本体密封，其密封功能与复合材料部
件同寿命，避免了机械连接的密封件失效更换问题，也避免了粘接连接受载脱粘密封失效
问题。3. 在确保强度及功能的前提下，极大的减少了复合材料部件的配件数量。

[0041] 优选地，所述复合材料预制块位于所述复合材料成型结构的内部的中间部位；且所述复合材料预制块的两侧的底角与所述燕尾槽的对应底角的角度相同或为所述燕尾槽
o
的对应底角的角度±5。

[0042] 其中，复合材料预制块的两侧底角指其底边与侧边的夹角，具体可见附图4中∠α，与燕尾槽对应底角指装填时与燕尾槽底角相靠近的底角。

[0043] 本发明的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接方法，其中复合材料预制块的目的是在增强纤维对燕尾槽进行填充时，对增强纤维的位置进行固定，可避免燕尾槽中
心部分富树脂，在受载时富树脂部分损伤造成连接失效，同时在复合材料成型后复合材料
预制块和二次成型的复合材料成型结构具有良好的相容性，具有较高的连接强度。将复合
材料预制块设置在燕尾槽中部，并且两侧底角与燕尾槽底角角度相同或相近，可使两侧增
强纤维装填厚度均匀且一致，进一步保证连接结构的力学性能。

[0044] 优选地，所述复合材料预制块由复合材料底块和第一复合材料压块、第二复合材料压块拼合构成；

[0045] 所述复合材料底块的两侧的底角与所述燕尾槽的对应底角的角度相同或为所述o
燕尾槽的对应底角的角度±5；

[0046] 所述第一复合材料压块、所述第二复合材料压块的靠近所述燕尾槽的底角与所述o
燕尾槽的对应底角的角度相同或为所述燕尾槽的对应底角的角度±5；

[0047] 步骤S2具体为：

[0048] S201. 将所述复合材料底块设于所述第一增强材料制定位置处固定，构成第一装填体；

[0049] S202. 将所述第一装填体放于所述燕尾槽中，当所述复合材料底块进入所述燕尾槽高度的2/3处时，在所述复合材料底块上方加所述第一复合材料压块和所述第二复合材
料压块，所述第一复合材料压块、所述第二复合材料压块分别位于所述复合材料底块的两
侧，构成第二装填体；

[0050] S203. 向所述第一复合材料压块和所述第二复合材料压块施加压力，使所述第二装填体完全进入所述燕尾槽中。

[0051] 其中，复合材料底块、第一复合材料压块、第二复合材料压块的底角均指其底边与侧边的夹角（见附图4，∠β）。将复合材料预制块设置为复合材料底块和第一复合材料压块、
第二复合材料压块拼合，并采用上述底角设置，可更便于复合材料预制块对增强纤维进行
固定时的装填过程。

[0052] 优选地，所述复合材料预制块的结构尺寸符合以下公式：

[0053] a1≥2b+2c；

[0054] a1≥2b+d；

[0055] a2≥2b+2c+d；

[0056] a2≈1.5a1；

[0057] h1=h2≈0.7h；

[0058] 1/2a1≤2b≤2/3a1；

[0059] 其中，a1为所述燕尾槽的小径；a2为所述燕尾槽的大径；h为燕尾槽的槽高；b为所述复合材料成型结构的增强材料的铺设厚度；c为所述第一复合材料压块、所述第二复合材料
压块的厚度；d为所述复合材料底块的厚度；h1为所述复合材料底块的高度；h2为所述第一复
合材料压块、所述第二复合材料压块的高度。

[0060] 燕尾槽尺寸可根据力学计算结果，进行小径a1、大径a2、及高度h的设计，小径尺寸设计依据复合材料部件壁厚而定，大径尺寸按照结构计算结果，进行微调，基准值应为1.5
倍小径，h决定燕尾槽的角度，其尺寸根据结构特点及力学性能需求可进行调整，但要注意
的是当小径和大径确定的条件下，调整高度h将改变燕尾槽夹角。复合材料预制块尺寸决定
燕尾槽内部装填程度，影响复合材料增强纤维的铺层情况，进而关系到燕尾槽内复合材料
含胶量，最终影响燕尾槽力学性能。复合材料增强纤维厚度b则直接影响预制块尺寸，增强
纤维厚度过厚，则复合材料预制块无法完全填充燕尾槽中心部分，增强纤维厚度过薄，则复
合材料部件与金属部件连接力学性能较低，因此合理分配复合材料增强纤维厚度与复合材
料预制块的尺寸是保证燕尾槽连接综合性能的关键。

[0061] 优选地，还包括在步骤S2之前进行步骤S2a、S2b：

[0062] S2a. 在所述复合材料底块和/或所述第一复合材料压块和/或所述第二复合材料压块上设置树脂流道，所述树脂流道沿所述复合材料底块或所述第一复合材料压块或所述
第二复合材料压块的长度方向设置，并贯通所述复合材料底块或所述第一复合材料压块或
所述第二复合材料压块的两端；

[0063] S2b. 在所述复合材料底块和/或所述第一复合材料压块和/或所述第二复合材料压块的侧面设置多个侧孔，所述侧孔与所述树脂流道相通。

[0064] 优选地，步骤S5中，所述设置模具并铺设成型辅材具体为：

[0065] 以所述燕尾槽为复合材料成型过程模具的一部分，将所述燕尾槽与所述复合材料主体的模具组合，形成完整的成型模具；铺设成型辅材，并以所述燕尾槽处作为注胶口或出
胶口。

[0066] 本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

[0067] 1. 本发明的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构及方法，采用燕尾槽结构进行连接，且该连接结构中复合材料部件与金属部件是在复合材料成型前进行有效
结合，其中复合材料部件的复合材料主体和复合材料连接部（复合材料成型结构）一体化成
型的，并不是在复合材料件成型后与其他部件进行简单的加工拼接组合。其不需要增加用
于加强连接面的法兰面，在进行复合材料代用时，可最大程度沿用原金属部件尺寸，不需要
进行复合材料连接结构尺寸的二次设计，不会因复合材料应用而占用额外空间，提升复合
材料减重效果。具有以下优点：1. 从结构角度分析，本发明的复合材料与金属部件燕尾槽
一体化成型连接结构，相比于机械连接可以消除复合材料部件与金属部件在连接部位承载
的应力集中，相比于粘接连接一体成型的燕尾槽具有更高的强度及稳定性，提高产品在使
用环境中的可靠性。2.从功能角度分析，本发明的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型
连接结构，其密封功能是由复合材料一体化成型时将燕尾槽进行本体密封，其密封功能与
复合材料部件同寿命，避免了机械连接的密封件失效更换问题，也避免了粘接连接受载脱
粘密封失效问题。3. 在确保强度及功能的前提下，极大的减少了复合材料部件的配件数
量；

[0068] 2.本发明的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构及方法，其中复合材料预制块的目的是在增强纤维对燕尾槽进行填充时，对增强纤维的位置进行固定，可避免
燕尾槽中心部分富树脂，在受载时富树脂部分损伤造成连接失效，同时在复合材料成型后
复合材料预制块和二次成型的复合材料成型结构具有良好的相容性，具有较高的连接强
度。将复合材料预制块设置在燕尾槽中部，并且两侧底角与燕尾槽底角角度相同或相近，可
使两侧增强纤维装填厚度均匀且一致，进一步保证连接结构的力学性能；

[0069] 3. 复合材料预制块尺寸决定燕尾槽内部装填程度，影响复合材料增强纤维的铺层情况，进而关系到燕尾槽内复合材料含胶量，最终影响燕尾槽力学性能。本发明的复合材
料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构及方法，通过力学计算结果对燕尾槽、复合材料
预制块的尺寸进行了限定，因此合理分配复合材料增强纤维厚度与复合材料预制块的尺
寸，从而保证了燕尾槽连接综合性能；

[0070] 4. 本发明的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构及方法，在复合材料预制块上设置树脂流道及侧孔，复合材料预制块上长度方向设置的贯通流道，可满足复
合材料成型时燕尾槽长度方向胶液流动，可保证燕尾槽内复合材料增强材料纤维布在成型
过程中有效浸渍；而复合材料预制块上的与树脂流道连通的侧孔，可保证灌注时面内的浸
渍效果。

附图说明

[0071] 图1是本发明实施例所述的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构的结构示意图；

[0072] 图2是本发明实施例所述的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构中复合材料底块的结构示意图；

[0073] 图3是本发明实施例所述的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构中第一复合材料压块的结构示意图；

[0074] 图4是本发明实施例所述的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构中各字母、角所代表的结构的示意图；

[0075] 图5是本发明实施例所述的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接方法中，第一装填体的结构示意图；

[0076] 图6是本发明实施例所述的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接方法中，第二装填体的结构示意图；

[0077] 图7是本发明实施例所述的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接方法中，装填完成后的结构示意图；

[0078] 图8是本发明实施例所述的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构与螺栓连接结构力学性能试验示意图。

[0079] 其中：1‑金属部件；2‑燕尾槽；3‑复合材料主体；4‑复合材料成型结构；5‑复合材料预制块；51‑复合材料底块；52‑第一复合材料压块；53‑第二复合材料压块；6‑树脂流道；7‑
树脂流道；8‑侧孔；9‑侧孔；10‑第一增强材料；11‑第二增强材料；12‑夹具。

具体实施方式

[0080] 下面将结合本发明的实施例，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。

[0081] 本实施例的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接方法，包括以下步骤：

[0082] S1. 在金属部件上加工燕尾槽，燕尾槽小径a1为10mm，大径a2为15mm，高h为10mm；

[0083] S2a. 在复合材料底块、第一复合材料压块、第二复合材料压块上设置树脂流道，树脂流道沿复合材料底块、第一复合材料压块、第二复合材料压块的长度方向设置，并分别
贯通复合材料底块、第一复合材料压块、第二复合材料压块的两端；

[0084] 其中，复合材料底块为长度与燕尾槽一致的、横截面为等腰三角形的三棱柱结构，其底角与燕尾槽的底角角度相同，复合材料底块的厚度d为3mm；复合材料底块的高度h1为
7mm，复合材料底块的树脂流道为三角槽形状，设置于复合材料底块的底部中间；第一复合
材料压块和第二复合材料压块为长度与燕尾槽一致的、横截面为梯形的四棱柱结构，其一
侧底角与燕尾槽的底角角度相同，另一侧底角与复合材料底块的底角互补，第一复合材料
压块、第二复合材料压块的厚度c为2.5mm；第一复合材料压块、第二复合材料压块的高度h2
为7mm，第一复合材料压块、第二复合材料压块的树脂流道为半椭圆槽形状；

[0085] S2b. 在复合材料底块、第一复合材料压块、第二复合材料压块的侧面设置多个均匀排布的侧孔，侧孔与树脂流道相通；

[0086] S2. 将第一增强材料铺设于燕尾槽内，并采用复合材料预制块将第一增强材料的填充位置固定，具体为：

[0087] S201. 取第一增强材料10，第一增强材料为3层800±50g/m2的缝编毡，厚度b为2.5mm，将第一增强材料按尺寸剪裁后，将复合材料底块设于第一增强材料制定位置处固
定，构成第一装填体，如图5；

[0088] S202. 将第一装填体放于所述燕尾槽中，当所述复合材料底块进入所述燕尾槽高度的2/3处时，在所述复合材料底块上方加第一复合材料压块和第二复合材料压块，构成第
二装填体，如图6；

[0089] S203. 使用钝器击打第一复合材料压块和第二复合材料压块，使第二装填体完全进入所述燕尾槽中，燕尾槽外部仅留有增强材料纤维织物；

[0090] S3.剪裁第二增强材料11补充于燕尾槽上方第二装填体的纤维织物中间，并使用喷胶等工具进行垂直方向固定，完成装填，如图7；

[0091] S4. 将第一增强材料、第二增强材料与复合材料主体的增强材料进行搭接，搭接交错排布，保证强度；

[0092] S5. 以燕尾槽为复合材料成型过程模具的一部分，将燕尾槽与复合材料主体的模具组合，形成完整的成型模具；铺设成型辅材，并以燕尾槽处作为注胶口，设置模具并铺设
成型辅材，合模检查气密性，采用真空导入工艺成型，向第一增强材料、第二增强材料与复
合材料主体的增强材料灌注树脂材料，进行一体化成型，工艺参数：真空压力起始为‑
85kPa，终止真空压力为‑85kPa，用胶量大约为6kg；室温环境固化24小时后，完成所述复合
材料与所述金属部件的燕尾槽一体化成型连接。

[0093] 如图1所示，本实施例的复合材料与金属部件燕尾槽一体化成型连接结构，包括：

[0094] 金属部件1，金属部件1设有燕尾槽2；

[0095] 复合材料部件，包括：复合材料主体3和复合材料连接部，复合材料连接部包括：

[0096] 复合材料成型结构4，设于燕尾槽2中，且复合材料成型结构4的外表面与燕尾槽2的内表面贴合，复合材料成型结构4与复合材料主体3一体成型，复合材料成型结构4的增强
2
材料为3层800±50g/m的缝编毡，厚度b为2.5mm；

[0097] 复合材料预制块5，用于固定复合材料成型结构4的增强材料在燕尾槽2中的位置，装填于复合材料成型结构4的内部，复合材料预制块5的外表面与复合材料成型结构4的内
表面贴合。

[0098] 具体地，复合材料预制块5由复合材料底块51和第一复合材料压块52、第二复合材料压块53拼合构成，第一复合材料压块52、第二复合材料压块53分别位于复合材料底块51
的两侧。

[0099] 如图2、3所示，进一步具体地，复合材料底块51为长度与燕尾槽一致的、横截面为等腰三角形的三棱柱结构，其底角与燕尾槽的底角角度相同，复合材料底块的厚度d为3mm；
复合材料底块51的高度h1为7mm，复合材料底块51上沿长度方向设置有树脂流道6，树脂流
道6为三角槽形状，设置于复合材料底块51的底部中间，并贯通复合材料底块51的两端，复
合材料底块51的侧面还设有多个侧孔8，侧孔8与树脂流道6相通；第一复合材料压块52和第
二复合材料压块53为长度与燕尾槽一致的、横截面为梯形的四棱柱结构，其一侧底角与燕
尾槽的底角角度相同，另一侧底角与复合材料底块的底角互补，第一复合材料压块52、第二
复合材料压块53的厚度c为2.5mm；第一复合材料压块52、第二复合材料压块53的高度h2为
7mm，第一复合材料压块52、第二复合材料压块53沿长度方向设置有树脂流道7，树脂流道7
为2个半椭圆槽形状，并贯通第一复合材料压块、第二复合材料压块的两端，第一复合材料
压块、第二复合材料压块的侧面还设有多个侧孔9，侧孔9与树脂流道7相通。

[0100] 力学性能测试

[0101] 根据本专利所述内容制作结构件，并与螺栓连接结构件进行对比，参照GB/T 1447‑2005《纤维增强塑料拉伸性能试验方法》，使用万能电子拉伸试验机进行拉伸性能试
验，以5mm/min 速度连续加载，用动静态信号采集分析系统进行数据连续采集，试验示意图
见图8，测试结果如表1所示。由测试结果可以看出，本发明的复合材料与金属部件燕尾槽一
体化成型连接结构具有更高的载荷。

[0102] 表1

[0103]

[0104] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或
变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或
变动仍处于本发明创造的保护范围之中。