一种纤维增强复合材料的Z-pin连接方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011354130.7
(22)申请日 2020.11.26
(71)申请人 西南交通大学
地址 610031 四川省成都市二环路北一段
申请人 中车青岛四方机车车辆股份有限公
司
(72)发明人 江兰馨　肖守讷　王万静　楚珑晟　
李召富　
(74)专利代理机构 成都金英专利代理事务所
(普通合伙) 51218
代理人 袁英
(51)Int.Cl.
B29C 70/54(2006.01)
B29C 70/30(2006.01)
(54)发明名称一种纤维增强复合材料的Z-pin连接方法(57)摘要本发明涉及一种纤维增强复合材料Z ‑pin连接方法，它涉及到上压头（1）、U型销钉（2）、纤维增强复合材料层合板（3）、下压头（4），利用U型销钉（2）配合上压头（1）及下压头（4）将单层纤维增强复合材料层合板（3）严密连接，可以通过实际情况的需要去调节U型销钉（2）的位置及密度来改善纤维增强层合板的轴向剥离强度和剪切强度，本发明涉及的这种用纤维增强复合材料Z ‑pin连接方法，相比传统纤维增强复合材料Z ‑pin 连接方法，通过改进销钉的形状，可以使钉与层合板连接更加紧密，大大增强Z ‑pin的连接效果。

U型销钉不仅大大增强的连接的轴向剥离强度、剪切强度，而且结构简单，加工容易，适用范围广，
对解决现存问题很有价值。

权利要求书1页 说明书2页 附图2页CN 112606439 A 2021.04.06
C N 112606439
A
1.一种纤维增强复合材料Z ‑pin连接方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将纤维增强复合材料层合板（3）在固化之前，利用上压头（1）将U型销钉（2）压入纤维增强复合材料层合板（3）；
S2：利用下压头（4）凹槽的作用将U型销钉（2）多余部分向凹槽内弯曲，使U型销钉（2）紧固在纤维增强复合材料层合板（3）上；
S3：重复多次将U型销钉（2）嵌入纤维增强复合材料层合板（3）上，实现纤维增强复合材料层合板（3）的Z ‑pin连接。

2.根据权利要求1所述的一种纤维增强复合材料Z ‑pin连接方法，其特征在于：所述使用的U型销钉（2）为U型结构，且垂直高度大于纤维增强复合材料层合板（3）的厚度。

3.根据权利要求1所述的一种纤维增强复合材料Z ‑pin连接方法，其特征在于：所述上
压头
（1）底部设有和U型销钉（2）折弯部配合的凹糟。

4.根据权利要求1所述的一种纤维增强复合材料Z ‑pin连接方法，其特征在于：所述下
压头
（4）顶部设有和U型销钉（2）开口部分相配合的两个凹槽。

5.根据权利要求1所述的一种纤维增强复合材料Z ‑pin连接方法，其特征在于：所述嵌入销钉时纤维增强复合材料层合板（3）需为未固化状态。

权　利　要　求　书1/1页CN 112606439 A
一种纤维增强复合材料的Z‑pin连接方法
技术领域
[0001]本发明涉及纤维增强复合材料领域，特别是一种纤维增强复合材料Z‑pin连接方法。

背景技术
[0002]复合材料是由两种或多种不同性质的材料用物理和化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。

纤维增强复合材料是由增强纤维材料，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，与基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。

纤维复合材料广泛应用于航空航天、高速列车、汽车、船舶等领域，其高强度与轻质的特点，越来越得到业界人士的关注。

[0003]纤维增强复合材料层合板质量轻，在平面内强度高，但在轴向上强度较低，易出现分层失效。

Z‑pin连接可以在不增大结构重量的情况下，有效解决层合板抗剥离强度弱的问题，并且应用十分广泛，可以用于增强层合板自身抗剥离强度、增强胶接结构连接强度以及T型接头连接强度。

[0004]现有传统的Z‑pin连接采用的销钉为纤维短棒或金属短棒，采用不连续的缝线方法，在纤维层合板未固化时嵌入。

由于其形状为短棒状，故在嵌入层合板后其轴向强度的增强有限。

发明内容
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种纤维增强复合材料Z‑pin连接方法，通过改进销钉的形状，使钉与层合板连接更加紧密，大大增强Z‑pin的连接效果，本发明将销钉改成U型销钉，不仅大大增强的连接的轴向剥离强度、剪切强度，而且结构简单，加工容易，对解决现存问题很有价值。

[0006]本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种纤维增强复合材料Z‑pin连接方法，它涉及到上压头、U型销钉、纤维增强复合材料层合板、下压头；Z‑pin连接方法包括以下步骤：
S1：将纤维增强复合材料层合板在固化之前，利用上压头将U型销钉压入纤维增强复合材料层合板；
S2：利用下压头凹槽的作用将U型销钉多余部分向凹槽内弯曲，使U型销钉紧固在纤维增强复合材料层合板上；
S3：重复多次将U型销钉嵌入纤维增强复合材料层合板上，实现纤维增强复合材料层合板的Z‑pin连接。

[0007]进一步的，所述使用的U型销钉为U型结构，且垂直高度大于纤维增强复合材料层合板的厚度，将各单层纤维增强复合材料层合板紧固在一起，不仅大大增强的连接的轴向剥离强度、剪切强度，而且结构简单，加工容易，可以有效增强纤维增强复合材料层合板之间的层间强度和剪切强度。

[0008]进一步的，所述上压头底部设有和U型销钉折弯部配合的凹糟；所述下压头顶部设有和U型销钉开口部分相配合的两个凹槽，使连接更紧密。

[0009]进一步地，可以在横向、纵向上嵌入不同密度的U型销钉，通过改变销钉的位置、数量，可以改善纤维增强层合板的轴向剥离强度和剪切强度，此法不仅可以用于纤维增强层合板自身的结构，还可用于搭接胶接结构及T型连接结构，有效增强连接结构的整体强度，销钉嵌入的密度和位置也易于改变，有较好的应用前景。

[0010]所述嵌入销钉时纤维增强复合材料层合板需为未固化状态，易于将U型销钉嵌入，嵌入的U型销钉将各单层纤维增强层合板紧固在一起，当纤维增强层合板承受轴向载荷和剪切载荷时，结构不易变形，可承受载荷增大，达到增强连接件强度的目的。

[0011]本发明具有以下优点：本发明涉及的这种用纤维增强复合材料Z‑pin连接方法，相比传统纤维增强复合材料Z‑pin连接方法，通过改进销钉的形状，可以使钉与层合板连接更加紧密，大大增强Z‑pin的连接效果；U型销钉不仅大大增强的连接的轴向剥离强度、剪切强度，而且结构简单，加工容易，适用范围广，对解决现存问题很有价值。

附图说明
[0012]图1 为本发明的结构示意图；
图2 为本发明的三维结构分解图；
图3 为传统Z‑pin连接与本发明改进后Z‑pin连接的力‑位移曲线对比图；
图中：1‑上压头，2‑ U型销钉，3‑纤维增强复合材料层合板，4‑下压头。

具体实施方式
[0013]下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

[0014]实施例：
如图1‑图2所示，一种纤维增强复合材料Z‑pin连接方，它包括上压头1、U型销钉2、纤维增强复合材料层合板3、下压头4；连接方法包括以下步骤：
S1：将纤维增强复合材料层合板3在固化之前，利用上压头1将U型销钉2压入纤维增强复合材料层合板3；
S2：利用下压头4凹槽的作用将U型销钉2多余部分向凹槽内弯曲，使U型销钉2紧固在纤维增强复合材料层合板3上；
S3：重复多次根据实际需求将U型销钉2从横向及纵向嵌入纤维增强复合材料层合板3上，实现纤维增强复合材料层合板3的Z‑pin连接。

[0015]由图3知，从位移大于0.7mm后，本发明的Z‑pin连接方法比传统的Z‑pin连接方法的连接强度要强500N左右。

[0016]本发明所述的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制，凡是在本发明构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够作出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

图1
图2
图3。