CN112722232B - 一种三角截面弧形复合材料桁架及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三角截面弧形复合材料桁架，由相互平行的外弦杆、第一内弦杆和第二内弦杆通过三角截面腹杆组件连接并形成弧形立体结构，相邻的三角截面腹杆组件之间的外弦杆、第一内弦杆和第二内弦均分别对角设置有第一外斜腹杆、第二外斜腹杆和内斜腹杆，并均与四通接头固定连接，且各杆件为碳纤维复合材料；本发明还公开了一种三角截面弧形复合材料桁架的制备方法。本发明通过三角截面腹杆组件连接并形成带曲率的大弧度复合材料桁架结构，且尺寸精度高，载荷性能好，桁架结构实现超轻质化，实现了大型复合材料管桁架模块化连接；本发明采用自加热模具进行制备，无需进出固化设备，提高了圆弧杆件的质量稳定性和尺寸精度高。

Description

一种三角截面弧形复合材料桁架及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料结构技术领域，具体涉及一种三角截面弧形复合材料桁架及其制备方法。
背景技术
桁架结构的主体由桁架杆件和桁架接头连接而成，主要依靠将载荷作用力协调分布在各杆件上来减轻构件的重量，通过优化设计，这类结构可设计成拉伸主导型的力学应力状态，可获得相同载荷下的最小重量指数。碳纤维复合材料具有比重小、比强度和比模量高、耐湿性能、耐疲劳性能和耐磨性好等综合优异特点，同时碳纤维复合材料又具有很好的可设计性能等，用高性能碳纤维复合材料构件代替以往桁架结构中的铝合金、钛合金等金属材料，研制的空间桁架结构具有比刚度和比强度高、热稳定性好等优异性能，同时具有结构简单，载荷分配合理，易于安装和拆卸、结构便于扩展的特点。
桁架结构和碳纤维复合材料具有诸多优势，使用碳纤维复合材料桁架结构已成为未来大型空间飞行器支撑结构的重要发展趋势之一。现代飞艇中，三角截面桁架作为飞艇基本结构形式仍然很常见。其特点一是要求结构轻量化，二是其大部分形式为弧形曲面流线结构。
D.K.Darooka、D.W.Jensen著作“Advanced space structure concepts andtheir development”(Collection of Technical apers-AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASCStructures,Structural Dynamics and Materials Conference,v1,p562-571,2001)中披露了一种Iso Truss TM结构，通过纵杆连续，螺旋斜杆构成等边三角形，从概念上可以构成非常优异力学性能直线桁架，但是构型非常复杂，需要整体缠绕成型，同时无法成型弧形曲线复合材料桁架结构。
中国专利文献CN101418627A公开了一种超轻质全复合材料桁架及其制备方法，该复合材料包括三根以上轴向复合材料杆以及若干组成环向肋条和螺旋向交叉肋条，其制备方法依次通过固定芯模、缠绕芯模、绑束、加热、固化、脱模后形成全复合材料桁架，但该桁架为直线型桁架结构，不适合浮空器等曲面形式骨架结构，同时制备过程复杂，成型效率偏低，几何精度不够。
熊波的《三角截面狭长构型复合材料桁架承载性能分析》(哈尔滨工业大学学位论文，2012)研制了一种规格为长3m、节长0.5m、等边三角形边长0.26m的三角截面狭长构型复合材料桁架结构，并对其承载性能进行了分析。该结构采用三面顺螺旋腹杆、5通和6通相贯节点方案进行分析，但由于其肢管重叠部分多，制作难实现，因此，仅采用DragonPlate节点拼接了1.5m桁架，进行了承载试验研究。同时该桁架结构为直线型形式，不适合浮空器等曲面形式骨架结构，该桁架接头采用薄壳胶结，外层进行纤维缠绕，最后再采用模具加压固化成型，成型工艺复杂，效率低下。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种三角截面弧形复合材料桁架。该桁架通过相互平行的外弦杆、第一内弦杆和第二内弦杆通过均匀设置的三角截面腹杆组件沿同一方向连接并形成带曲率的大弧度复合材料桁架结构，尺寸精度高，载荷性能好，且桁架结构超轻质化，经拼接得到具有弧形曲面结构或环向结构的主体桁架，实现了大型复合材料管桁架模块化连接，适宜应用于航空、航天飞行器的结构件。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种三角截面弧形复合材料桁架，其特征在于，包括相互平行的外弦杆、第一内弦杆和第二内弦杆，所述外弦杆、第一内弦杆和第二内弦杆通过均匀设置的三角截面腹杆组件沿同一方向连接并形成弧形立体结构，所述三角截面腹杆组件由3个腹杆通过3个四通接头两两连接而成，相邻的三角截面腹杆组件之间的外弦杆与第一内弦杆均对角设置有第一外斜腹杆，且相邻的第一外斜腹杆交错设置，相邻的三角截面腹杆组件之间的外弦杆与第二内弦杆均对角设置有第二外斜腹杆，且相邻的第二外斜腹杆的设置方向相反，相邻的三角截面腹杆组件之间的第一内弦杆与第二内弦杆均对角设置有内斜腹杆，且相邻的内斜腹杆交错设置，相邻的三角截面腹杆组件形成的单元结构中第一外斜腹杆、第二外斜腹杆与内斜腹杆呈两两交错设置，且第一外斜腹杆、第二外斜腹杆与内斜腹杆均通过固定组件与四通接头固定连接，所述外弦杆、第一内弦杆、第二内弦杆、三角截面腹杆组件、第一外斜腹杆和第二外斜腹杆均采用碳纤维复合材料。
上述的一种三角截面弧形复合材料桁架，其特征在于，所述四通接头包括本体和设置在本体两端且在同一平面上的第一接头和第二接头，以及对称设置在本体下部两侧的第三接头和第四接头。
上述的一种三角截面弧形复合材料桁架，其特征在于，所述第一接头和第二接头的外侧面上均设置有支耳，所述支耳上开设有连接孔。
上述的一种三角截面弧形复合材料桁架，其特征在于，所述第一外斜腹杆、第二外斜腹杆与内斜腹杆的结构相同，均包括杆体，所述杆体的两端均设置有内插接头，所述内插接头上对称开设有配合孔，所述配合孔之间的内插接头上还开设有对称的卡槽。
上述的一种三角截面弧形复合材料桁架，其特征在于，所述四通接头的本体外表面上设置有加强壁。
上述的一种三角截面弧形复合材料桁架，其特征在于，所述三角截面腹杆组件中的3个腹杆均由内插管和套设在内插管外表面的加强套管组成，且内插管的两端分别与四通接头连接。
上述的一种三角截面弧形复合材料桁架，其特征在于，所述三角截面腹杆组件为整体等边三角形结构。
另外，本发明还提供了一种制备如权利要求1～权利要求7中任一权利要求所述的三角截面弧形复合材料桁架的方法，其特征在于，所述三角截面弧形复合材料桁架中外弦杆、第一内弦杆和第二内弦杆的制备方法为：在保丽龙泡沫内模的表面包覆尼龙气袋形成软式内模具，然后将环氧树脂高强碳纤维预浸料按设计铺层结构平整地铺设在软式内模具表面形成预制体，然后将预制体放置在外模具下模腔体内，并合上并紧固上模，充压至0.8MPa～1.1MPa后加热保温保压进行固化成型，冷却后脱模。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过相互平行的外弦杆、第一内弦杆和第二内弦杆通过均匀设置的三角截面腹杆组件沿同一方向连接并形成弧形立体结构，使得三角截面弧形复合材料桁架具有一定的圆弧中心夹角，经拼接得到具有弧形曲面结构或环向结构的主体桁架，实现了大型复合材料管桁架模块化连接，适宜应用于航空、航天飞行器的结构件。
2、本发明三角截面腹杆组件中的第一外斜腹杆、第二外斜腹杆和内斜腹杆通过四通接头形成整体结构，无需金属连接件，连接截面大，整体结构刚性高，且三角截面腹杆组件在固定工装上成型，提高了桁架的几何尺寸精度，提高了桁架的整体承载效率。
3、本发明桁架中的第一外斜腹杆、第二外斜腹杆与内斜腹杆的两端均设置有内插接头，均采用***式铰接的方式与四通接头连接，结合轴向粘接，有效减小了铰接孔对杆体的强度影响，改善了连接处的刚性，避免了拉伸变形，增加了拉伸承载。
4、本发明三角截面弧形复合材料桁架中的主体结构如杆件、四通接头等全部采用碳纤维复合材料替代常用的铝合金材料，有效减轻了桁架的重量，且提高了桁架的强度，使得该桁架具有比强度和比刚度大、轻量化和承载性良好的特点，各项性能指标均满足设计指标要求，实现了桁架结构超轻质化。
5、与常规的三角截面桁架结构相比，本发明实现了带曲率的大弧度复合材料桁架结构，对飞艇等浮空器、航空和航天飞行器弧形曲面结构或类似结构、无人机结构、其他领域的弧形曲面结构等具有较大的推广应用空间。
6、本发明采用碳纤维预浸料模压结合内充压一体化整体原位成型工艺制备外弦杆、第一内弦杆和第二内弦杆等大尺寸圆弧形杆件，由于采用自加热模具、无需进出固化设备，避免反复搬运，因此制得的圆弧杆件质量稳定性和尺寸精度高，同时提高了生产效率，且生产成本较低。
7、本发明的制备成本低，使用效果好，便于推广使用，具有较大的应用价值和经济效益。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明三角截面弧形复合材料桁架的结构示意图。
图2为本发明三角截面腹杆组件的结构示意图。
图3为图2中A处的放大图。
图4为本发明四通接头的结构示意图。
图5为本发明第一外斜腹杆、第二外斜腹杆与内斜腹杆的结构示意图。
图6为本发明内插接头的结构示意图。
图7为本发明三角截面弧形复合材料桁架中圆弧管的成型工艺流程图。
附图标记说明:
1—外弦杆； 2-1—第一内弦杆； 2-2—第二内弦杆；
3—三角截面腹杆组件； 3-1—四通接头； 3-1-1—第一接头；
3-1-2—第二接头； 3-1-3—第三接头； 3-1-4—第四接头；
3-1-5—支耳； 3-1-6—连接孔； 3-1-7—加强壁；
3-2—内插管； 3-3—加强套管； 4-1—第一外斜腹杆；
4-2—第二外斜腹杆； 4-3-内斜腹杆； 5—连接组件；
6—杆体； 7—内插接头； 7-1—配合孔；
7-2—卡槽。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例的三角截面弧形复合材料桁架包括相互平行的外弦杆1、第一内弦杆2-1和第二内弦杆2-2，所述外弦杆1、第一内弦杆2-1和第二内弦杆2-2通过均匀设置的三角截面腹杆组件3沿同一方向连接并形成弧形立体结构，所述三角截面腹杆组件3由3个腹杆通过3个四通接头3-1两两连接而成，相邻的三角截面腹杆组件3之间的外弦杆1与第一内弦杆2-1均对角设置有第一外斜腹杆4-1，且相邻的第一外斜腹杆4-1交错设置，相邻的三角截面腹杆组件3之间的外弦杆1与第二内弦杆2-2均对角设置有第二外斜腹杆4-2，且相邻的第二外斜腹杆4-2的设置方向相反，相邻的三角截面腹杆组件3之间的第一内弦杆2-1与第二内弦杆2-2均对角设置有内斜腹杆4-3，且相邻的内斜腹杆4-3交错设置，相邻的三角截面腹杆组件3形成的单元结构中第一外斜腹杆4-1、第二外斜腹杆4-2与内斜腹杆4-3呈两两交错设置，且第一外斜腹杆4-1、第二外斜腹杆4-2与内斜腹杆4-3均通过固定组件5与四通接头3-1固定连接，所述外弦杆1、第一内弦杆2-1、第二内弦杆2-2、三角截面腹杆组件3、第一外斜腹杆4-1和第二外斜腹杆4-2均采用碳纤维复合材料。
本实施例的三角截面弧形复合材料桁架中相互平行的外弦杆1、第一内弦杆2-1和第二内弦杆2-2通过均匀设置且通常数量为3～6个的三角截面腹杆组件3沿同一方向连接并形成弧形立体结构，使得三角截面弧形复合材料桁架具有一定的圆弧中心夹角，从而可根据使用目的的需求，将多个三角截面弧形复合材料桁架按照圆弧中心夹角进行拼接组合，得到具有弧形曲面结构或环向结构的主体桁架，实现了大型复合材料管桁架模块化连接，便于转场运输，实用性和通用性更强，适宜应用于航空、航天飞行器的结构件；其次，本实施例的第一外斜腹杆4-1、第二外斜腹杆4-2和内斜腹杆4-3通过四通接头3-1形成整体结构，无需金属连接件，连接截面大，整体结构刚性高；同时由于该桁架的主体结构如杆件、四通接头等全部采用碳纤维复合材料替代常用的铝合金材料，有效减轻了桁架的重量，且提高了桁架的强度，使得该桁架具有比强度和比刚度大、轻量化和承载性良好的特点，各项性能指标均满足设计指标要求，实现了桁架结构超轻质化。
进一步地，如图2和图3所示，本实施例所述四通接头3-1包括本体和设置在本体两端且在同一平面上的第一接头3-1-1和第二接头3-1-2，以及对称设置在本体下部两侧的第三接头3-1-3和第四接头3-1-4。该结构的四通接头3-1中在同一平面上的第一接头3-1-1和第二接头3-1-2分别用于插接处于同一平面上的固定外弦杆1、处于同一直线上的第一内弦杆2-1和处于同一直线上的第二内弦杆2-2，而对称设置在本体下部两侧的第三接头3-1-3和第四接头3-1-4则用于三角截面腹杆组件3中3个腹杆之间的两两连接；通过该四通接头3-1不仅实现了外弦杆1、第一内弦杆2-1和第二内弦杆2-2通过三角截面腹杆组件3沿同一方向连接，且三角截面腹杆组件3的3个腹杆也实现了有效连接，使得连接点均位于四通接头3-1上，减少了桁架中的连接点数量，提高了桁架的结构稳定性，有利于实现桁架结构超轻质化。
进一步地，如图4所示，本实施例所述第一接头3-1-1和第二接头3-1-2的外侧面上均设置有支耳3-1-5，所述支耳3-1-5上开设有3-1-6连接孔。通过在第一接头3-1-1和第二接头3-1-2的外侧面上设置支耳3-1-5，为相邻的三角截面腹杆组件3之间设置的第一外斜腹杆4-1、第二外斜腹杆4-2和内斜腹杆4-3提供连接点，而支耳3-1-5上开设的3-1-6连接孔有利于固定组件5将第一外斜腹杆4-1、第二外斜腹杆4-2与内斜腹杆4-3固定连接在四通接头3-1上，从而将固定连接点集聚到四通接头3-1上，进一步减少了桁架中的连接点数量，提高了桁架接头的连接紧密性，提高了桁架的结构稳定性。
进一步地，如图5和图6所示，本实施例所述第一外斜腹杆4-1、第二外斜腹杆4-2与内斜腹杆4-3的结构相同，均包括杆体6，所述杆体6的两端均设置有内插接头7，所述内插接头7上对称开设有配合孔7-1，所述配合孔7-1之间的内插接头7上还开设有对称的卡槽7-2。通过在杆体6的两端均设置内插接头7，且在内插接头7上开设有对称的卡槽7-2，用于实现对支耳3-1-5的卡装配合，并使得对称开设的配合孔7-1与连接孔3-1-6对齐，有利于采用插销等固定组件5穿插在配合孔7-1与连接孔3-1-6中进行固定连接，提高了第一外斜腹杆4-1、第二外斜腹杆4-2、内斜腹杆4-3均与四通接头3-1连接的稳定性；所述内插接头7优选为铝接头，铝接头的硬度更大，质量较轻，有效提高了局部刚性，有利于实现桁架结构超轻质化。
进一步地，本实施例的四通接头3-1的本体外表面上设置有加强壁3-1-7。通过在四通接头3-1的本体外表面上设置加强壁3-1-7，增强了四通接头3-1的结构强度，有利于承受载荷，提高了桁架的承载性能。
进一步地，本实施例的三角截面腹杆组件3中的3个腹杆均由内插管3-2和套设在内插管3-2外表面的加强套管3-3组成，且内插管3-2的两端分别与四通接头3-1连接。通过在内插管3-2外表面设置加强套管3-3，增强了受力构件腹杆的载荷性能，从而提高了桁架的承载性能。
进一步地，本实施例的三角截面腹杆组件3为整体等边三角形结构。该设置的三角截面腹杆组件3的整体结构稳定性更好，且组装尺寸精度高，易于实现；更一步地，整体等边三角形结构的边长为500mm。
进一步地，所述外弦杆1、第一内弦杆2-1和第二内弦杆2-2均为高强碳纤维增强环氧树脂基复合材料圆弧管。更一步地，外弦杆1的圆弧管截面尺寸为：外径φ30mm×壁厚δ1.5mm，圆弧直径为45m，外弦杆即第一内弦杆2-1和第二内弦杆2-2的圆弧管截面尺寸均为：外径φ30mm×壁厚δ1.5mm，圆弧直径为45.87m。根据模具加工成本及效率综合考虑，通常将三角截面弧形复合材料桁架的圆弧中心夹角设计为15°，有利于桁架的组装，可将24段该桁架组装形成环向桁架，应用于临近空间飞艇、高空气球等浮空器，以满足了上述浮空器的外形结构。为了保证组装后桁架结构的整体刚性和强度，确保外弦杆1、第一内弦杆2-1和第二内弦杆2-2连接后在接口处的强度，将外弦杆1、第一内弦杆2-1和第二内弦杆2-2采用的圆弧管距离两个端部120mm～150mm之间的圆弧管壁厚度设计为2.0mm，且沿端部开始从1.5mm壁厚到2.0mm壁厚进行圆滑过度，过度尺寸为50mm。
实施例2
本实施例三角截面弧形复合材料桁架中圆弧管即外弦杆1、第一内弦杆2-1和第二内弦杆2-2的制备方法为：在保丽龙泡沫内模的表面包覆尼龙气袋形成软式内模具，然后将环氧树脂高强碳纤维预浸料按设计铺层结构平整地铺设在软式内模具表面形成预制体，然后将预制体放置在外模具下模腔体内，并合上并紧固上模，充压至0.8MPa～1.1MPa后加热保温保压进行固化成型，冷却后脱模。
如图7所示，本实施例三角截面弧形复合材料桁架中圆弧管即外弦杆1、第一内弦杆2-1和第二内弦杆2-2的具体制备过程为：先接受基础模具，然后对基础模具保丽龙(聚苯乙烯)泡沫内模进行包覆尼龙气袋的表面处理，形成软式内模具，在软式内模具上涂覆脱模剂，再将环氧树脂高强碳纤维预浸料下料并铺设在软式内模具表面形成预制体，将预制体装模后进行外加热内加压成型，经降温脱模后，依次进行初处理和截头、表观修补、打磨、喷漆，得到圆弧管，经检验后交付使用。
进一步地，本实施例采用的环氧树脂高强碳纤维预浸料为FAW150环氧树脂高强碳纤维预浸料，面密度为150g/m2。
进一步地，本实施例所述三角截面腹杆组件3中的腹杆均为外径φ22mm×壁厚δ1.5mm的碳纤维复合材料圆管，长度为340mm。
进一步地，本实施例所述四通接头3-1采用复合材料预浸料铺层的方法制备得到，通体壁厚为4mm，四通接头3-1的本体外表面上加强壁3-1-7采用模压成型的方法制备得到，加强壁3-1-7的厚度为2mm。该制备方法保证了桁架结构的关键部件四通接头3-1的圆弧端面尺寸精度，同时成型产品致密性高，性能可靠，制作效率高。更一步地，四通接头3-1中的支耳3-1-5的倒角为R15，连接孔3-1-6为孔径φ8.5mm通孔。
进一步地，本实施例所述四通接头3-1中的连接孔3-1-6与第一外斜腹杆4-1、第二外斜腹杆4-2、内斜腹杆4-3上的配合孔7-1采用高强螺栓铰接连接固定。
进一步地，本实施例所述三角截面腹杆组件3中的3个腹杆中的内插管3-2均为直径φ19mm、厚度δ2.0mm，长度为60mm的碳纤维复合材料圆管，且表面粗糙度处理大于Ra6.3，以保证内插管3-2与四通接头3-1的粘接强度。
进一步地，本实施例所述三角截面腹杆组件3的组装过程为：将内插管3-2的外表面涂覆粘接胶，然后套装加强套管3-3，并将其两端分别***四通接头3-1的第三接头或第四接头中，按照上述方法依次将3个内插管3-2全部套装加强套管3-3并***四通接头3-1，得到预制件，然后将预制件放入装配工装中精确定位，以保证三角截面腹杆组件3的尺寸精度，从而确保桁架的尺寸精度；待粘接胶固化后，拆卸装配工装得到三角截面腹杆组件3。
进一步地，本实施例所述第一外斜腹杆4-1、第二外斜腹杆4-2、内斜腹杆4-3均为外径φ22mm×厚度δ1.5mm的碳纤维复合材料圆管，且第一外斜腹杆4-1和第二外斜腹杆4-2的长度为1227mm，内斜腹杆4-3的长度为1238mm。第一外斜腹杆4-1、第二外斜腹杆4-2、内斜腹杆4-3两头的内插接头7为内插铝接头，优选LY9系硬铝管，规格为外径φ19mm×厚度δ3mm，长度为40mm。
进一步地，本实施例所述第一外斜腹杆4-1、第二外斜腹杆4-2、内斜腹杆4-3的制备方法均为：将内插接头原料的外表面打磨处理至表面粗糙度处理大于Ra6.3，将杆体6两端内侧约40mm范围的表面也打磨至表面粗糙度处理大于Ra6.3，并进行清洗清洁处理，然后在清洗清洁处理后的内插接头原料的头部涂覆环氧粘接胶，并***杆体6的两端内侧且对齐，待粘接较固化后，在杆体6两端的内插接头原料的两端分别对称加工开设卡槽7-2，并在对称设置的卡槽7-2之间开设配合孔7-1，形成内插接头7。更一步地，加工开设宽4.5mm、深30的长条形的卡槽7-2，并将卡槽7-2的端部倒圆为R9.5，然后在对称设置的卡槽7-2之间开设直径φ8.5mm的配合孔7-1，采用螺栓连接铰接配合孔7-1与四通接头3-1中连接孔3-1-6形成紧固连接。通过设置内插接头7减小了铰接孔对杆体6的强度影响，改善了连接处的刚性，避免了拉伸变形，同时将螺栓连接铰接的拉伸载荷转化为杆体内侧的胶结剪切力，增加了拉伸承载，最后通过连接组件5的连接作用，使得卡槽7-2与四通接头3-1中的支耳3-1-5的接触面胶结，进一步增加连接强度。
更一步地，所述粘接剂采用常温固化环氧树脂粘接剂。
更一步地，所述连接组件5采用高强螺栓螺母连接，且高强连接螺栓的强度等级为12.9级，规格为M8×35mm(螺栓净长)，螺母为强度等级A2-40的防松动自锁不锈钢螺母。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种三角截面弧形复合材料桁架，其特征在于，包括相互平行的外弦杆（1）、第一内弦杆（2-1）和第二内弦杆（2-2），所述外弦杆（1）、第一内弦杆（2-1）和第二内弦杆（2-2）通过均匀设置的三角截面腹杆组件（3）沿同一方向连接并形成弧形立体结构，所述三角截面腹杆组件（3）由3个腹杆通过3个四通接头（3-1）两两连接而成，相邻的三角截面腹杆组件（3）之间的外弦杆（1）与第一内弦杆（2-1）均对角设置有第一外斜腹杆（4-1），且相邻的第一外斜腹杆（4-1）交错设置，相邻的三角截面腹杆组件（3）之间的外弦杆（1）与第二内弦杆（2-2）均对角设置有第二外斜腹杆（4-2），且相邻的第二外斜腹杆（4-2）的设置方向相反，相邻的三角截面腹杆组件（3）之间的第一内弦杆（2-1）与第二内弦杆（2-2）均对角设置有内斜腹杆（4-3），且相邻的内斜腹杆（4-3）交错设置，相邻的三角截面腹杆组件（3）形成的单元结构中第一外斜腹杆（4-1）、第二外斜腹杆（4-2）与内斜腹杆（4-3）呈两两交错设置，且第一外斜腹杆（4-1）、第二外斜腹杆（4-2）与内斜腹杆（4-3）均通过固定组件（5）与四通接头（3-1）固定连接，所述外弦杆（1）、第一内弦杆（2-1）、第二内弦杆（2-2）、三角截面腹杆组件（3）、第一外斜腹杆（4-1）和第二外斜腹杆（4-2）均采用碳纤维复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种三角截面弧形复合材料桁架，其特征在于，所述四通接头（3-1）包括本体和设置在本体两端且在同一平面上的第一接头（3-1-1）和第二接头（3-1-2），以及对称设置在本体下部两侧的第三接头（3-1-3）和第四接头（3-1-4）。
3.根据权利要求2所述的一种三角截面弧形复合材料桁架，其特征在于，所述第一接头（3-1-1）和第二接头（3-1-2）的外侧面上均设置有支耳（3-1-5），所述支耳（3-1-5）上开设有连接孔（ 3-1-6 ） 。
4.根据权利要求1所述的一种三角截面弧形复合材料桁架，其特征在于，所述第一外斜腹杆（4-1）、第二外斜腹杆（4-2）与内斜腹杆（4-3）的结构相同，均包括杆体（6），所述杆体（6）的两端均设置有内插接头（7），所述内插接头（7）上对称开设有配合孔（7-1），所述配合孔（7-1）之间的内插接头（7）上还开设有对称的卡槽（7-2）。
5.根据权利要求1所述的一种三角截面弧形复合材料桁架，其特征在于，所述四通接头（3-1）的本体外表面上设置有加强壁（3-1-7）。
6.根据权利要求1所述的一种三角截面弧形复合材料桁架，其特征在于，所述三角截面腹杆组件（3）中的3个腹杆均由内插管（3-2）和套设在内插管（3-2）外表面的加强套管（3-3）组成，且内插管（3-2）的两端分别与四通接头（3-1）连接。
7.根据权利要求1所述的一种三角截面弧形复合材料桁架，其特征在于，所述三角截面腹杆组件（3）为整体等边三角形结构。
8.一种制备如权利要求1~权利要求7中任一权利要求所述的三角截面弧形复合材料桁架的方法，其特征在于，所述三角截面弧形复合材料桁架中外弦杆1、第一内弦杆2-1和第二内弦杆2-2的制备方法为：在保丽龙泡沫内模的表面包覆尼龙气袋形成软式内模具，然后将环氧树脂高强碳纤维预浸料按设计铺层结构平整地铺设在软式内模具表面形成预制体，然后将预制体放置在外模具下模腔体内，并合上并紧固上模，充压至0.8 MPa~1.1MPa后加热保温保压进行固化成型，冷却后脱模。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117432067B (zh) * 2023-11-08 2024-06-18 江苏科能电力工程咨询有限公司 一种装配式复合材料桁架节点连接装置及连接方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109356292A (zh) * 2018-11-29 2019-02-19 中冶京诚工程技术有限公司 装配式预应力大跨度梁结构
CN110671399A (zh) * 2019-09-12 2020-01-10 上海交通大学 一种大型三角形复合材料管桁架模块化连接节点
CN110775303A (zh) * 2019-09-26 2020-02-11 上海宇航***工程研究所 一种高承载单驱联动的展开机构收藏箱
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7891608B2 (en) * 2007-05-03 2011-02-22 The Boeing Company Space frame fuselage structure and related methods
US8782992B2 (en) * 2011-04-11 2014-07-22 Juan Lin Aluminium alloy truss structure

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109356292A (zh) * 2018-11-29 2019-02-19 中冶京诚工程技术有限公司 装配式预应力大跨度梁结构
CN110671399A (zh) * 2019-09-12 2020-01-10 上海交通大学 一种大型三角形复合材料管桁架模块化连接节点
CN110775303A (zh) * 2019-09-26 2020-02-11 上海宇航***工程研究所 一种高承载单驱联动的展开机构收藏箱
CN111155646A (zh) * 2020-01-16 2020-05-15 上海交通大学 一种用于大型三角形截面复合材料圆管桁架的节点

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