JPS62277481A - 管状複合材と金属リング間のジョイント形成方法 - Google Patents

管状複合材と金属リング間のジョイント形成方法

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JPS62277481A
JPS62277481A JP62118075A JP11807587A JPS62277481A JP S62277481 A JPS62277481 A JP S62277481A JP 62118075 A JP62118075 A JP 62118075A JP 11807587 A JP11807587 A JP 11807587A JP S62277481 A JPS62277481 A JP S62277481A
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    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/68Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 3、発明の詳細な説明 本発明は螺線巻き管状ファイバ複合材と金属リングとの
間にジヨイントを形成する方法、特に金属リングとファ
イバ複合材オーバレイとの間に、螺線巻きファイバが破
壊しない限りリングと複合材との分離が起こり得ないよ
うにする自動ロック式係合に係る。
従来、管状フィラメント巻着複合材と金属フランジとの
間のジヨイント形成方法にはクランプ・ジヨイントに見
られるような長いテーパ・ジヨイントや、接着材または
ボルト止めファスナを使用する種々の組合わせが利用さ
れている。このような従来技術の方法では構造中でジヨ
イントが最初に破壊するのが普通である。破壊の原因と
なるのは接着材またはファスナの損傷、または応力集中
による複合材自体の早過ぎる損傷である。理想としては
、ジヨイントを構成することにより、複合材及び金属フ
ランジが一体的に作用し、使用材料に固有の最大強度が
得られるべきである。
米国特許第4,118.21i2号はフィラメント巻着
補強管状複合材の形成方法と、ピンを利用してこの複合
材をリングに取り付ける複合材からリングへ荷重を移行
させる態様を開示している。ビンは剛性構造中に硬化さ
れるから、この集合体は剛性的であり、硬化された形状
通りとなり、荷重再配分が妨げられる。
従って、応力集中を極力軽減し、局部的変形に際して荷
重再配分が自由に起こるような構成を提供することが望
ましく、本発明の他の目的でもある。
米国特許第4,265,951号、第4,097,62
6号、第4,236,386号、第4,385,644
号、第4.256,412号、及び第4,238,54
0号は複合材と金属部分との間のジヨイントを開示して
いるが、本発明が開示するようなジヨイントを利用して
いるものは皆無である。
従来の管状フィラメント巻き複合材と金属フランジの間
のジヨイントは小型の構造体には有効であるが、比較的
大きい静荷重及び動荷重を受ける大型構造体の場合には
万全とは言えない。これらの公知の構成の形成には複雑
な作業を要するから、構成のために多大の労力、時間が
必要となる。加えて、これらの構成が荷重を支える能力
はジヨイントを形成する人の能力及びその作業の一貫性
に大きく左右される。従って、荷重支持能力が大きく、
構造が簡単で、作業者の技仙に左右されないジヨイント
を提供することも望ましく、これも本発明の目的である
本発明の目的は、金属リングと、高強度ファイバの連続
ストランドを交叉螺線n状に巻き、これを接着樹脂で接
着することにより管状複合構造に形成した管状複合材と
の間の複合材/金属ジヨイント形成方法であって、ファ
イバのスリップ角度より一般的に大きい螺線角でファイ
バをマンドレルに巻着し、金属リングに1枚シート双曲
面を設け、双曲面及びマンドレルにおけるファイバの巻
着角が一致1ノ、ファイバが双曲面上をほぼ直線上に通
通し、ほとんどブリッジ状になることなく金属リングの
双曲面に密着するように面を形成することを特徴とする
複合材/金属間ジヨイントの形成方法を提供することに
ある。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。
複合材/金属ジヨイントを形成する本発明の方法はフィ
ラメント巻着複合材チューブ1と金属フランジまたはリ
ング3との間の接合を示す第1及び第2図から容易に理
解できるであろう。フィラメント巻着複合材チューブ1
は複合材チューブ1及びフランジを支持する(図示しな
い)マンドレルを中心に形成される。各端に巻線を反転
させるビンなどのような手段を有するマンドレルにフィ
ラメントのファイバ・ストランドを巻着するが、この反
転手段は巻線が中心線とほぼ平行なチューブ面に沿った
長手方向の線に対して±ρ(±20°程度)の角度を形
成してファイバが螺線状交叉スパイラルを形成するよう
に配置する。ファイバ・ストランドはマンドレルに巻着
される前に接着樹脂が充填されている(図示しない)ト
ラフを通過し、樹脂が硬化すると、適度の圧縮力と共に
高い引張及び剪断力を有する管状複合材を形成する。フ
ァイバが反転する端部は螺線状交叉ファイバが管状部材
の全長にわたって同じパターンを呈するように機械剪断
されるのが普通である。この複合材チューブが金属リン
グまたはフランジに巻着されるに従って、フランジと複
合材チューブ間に結合が形成されるように金属フランジ
またはリングに接着材を塗布する。
リング3にはその軸線を中心に回転する直線りによって
形成される回転面に相当する1枚のシート5から成る双
曲面を形成する。直線りは軸線と交叉せず、軸線と平行
でもない。
1枚のシート5から成る双曲線は軸線と平行な線に対し
て、ファイバ・ストランドがマンドレルに巻着される角
度±pに配置された直線で形成されるから、ファイバ・
ストランドはこの種のフィラメント巻着複合材チューブ
に広く利用される交叉パターンを形成するための反対方
向に巻着される時の交叉箇所以外では双曲面5に密着し
、ブリッジ上に面から浮き上がることはない。
双曲面5は第2図に示すようにリングの凹面として形成
することができる。複合材チューブにはリングの凹面と
係合する凸面が形成され、これによって複合材管状部分
が金属リングと係合して、圧縮荷重及び引張荷重に対す
る剪断強度を最大にする締まりばめジヨイントを形成す
る。
双曲面5は第5図に示した通りであり、下記方程式で表
される。
a = b ” Ra z = Tan  θy(2) ρ−ファイバ巻着角度 π θ −□−ρ (2)を(3)に代入すると 線りが双曲面上にあるためにはx=R0でなければなら
ず、Yは軸線に原点に来ることはあり得ない。即ち、Y
2≠ 0 、’、 c2− Ro” Tan2θ        
    (7)(7)を(3)に代入すると または Z2 x2+ y 2− − −  RO’        
    (9)Tan2θ X及びyは円R上で90°の間隔を保っ:方程式(11
)は最小径部分、即ち、のど円の半径R0、最大径部分
半径R1のど円から一端までの双曲面高さZl及び90
’″−pに相当するθの関係を表す。方程式(11)を
利用すれば、所与の直径のマンドレルに角度pで巻着し
たフィラメント・ストランドを有する管状複合材と正確
に嵌合する双曲面を求めることができる。
双曲面が円筒面6に変化する位置における応力集中を軽
減するため、マンドレルの面、即ち、過渡面を利用する
。この過渡面は管状複合材の軸線を中心に湾曲線を回転
させることによって形成される回転湾曲面7である。
この湾曲は球形でも−その他の形状でもよいが、好まし
い形状は箪3図に示すように、等応力回転面を持つドー
ムを形成する湾曲である。等応力回転面ドームをスパイ
ラル巻着複合材から形成された圧力容器に利用すれば、
交叉ストランドにおける応力が等しくなり、スリップし
ない補充材が得られる。  ドームについては、シカゴ
のEdgewater BeachHotelで開催さ
れた5ociety of thePlastics 
Industry、 Inc、、 Re1nforce
d Plastics Divisionの第18回年
次大会において発表されたJohn T、 Hofed
itxの論文”5tructural Design 
Con5iderations forFibergl
ass Pressure Vessels”H196
1年10月9日から15日までNew York CC
o11seuで開催されたthe American 
Rocket 5ociety SpaceFligh
t Report to the Nationにおい
て発表されたJohn Zickelの論文” l5o
tensoidPressure  Vessels”
  A、5hibley、H,Peritt及びM、 
EFg  が1962年に刊行したPlastecRe
port No、 10169−176頁に記載されて
いる。
管状及び双曲面と整合する等応力回転面ドームの形状は
下記方程式によって求めることができる。
ただしXo −R5inp X0舖 dome基部の開き R,・ 円筒半径 p ・ 円筒に対する螺線状フィイバの巻着角度 X −下記値に対応する等応力回転面ドームの半径 y −ドーム中心線に沿った横変位 k −定数 Xの積分下限は 第3図に示すように等応力回転面7及び双曲面5を利用
することにより、円筒面6への過渡部を形成することが
でき、ファイバ巻着角度を終始維持することができ、フ
ァイバが1つの面から他の面へ進む時にファイバ・スト
ランドのブリッジまたはスリップ現象は起こらない。
第4図は一端がリング3′の双曲面5′に巻着され、リ
ング3″に力Fが加わるとリング3″の他の双曲面5″
によってクランプされる管状複合材1を示す。
第7図は管状複合材に接合される金属リングに回転面を
形成するのに利用できる等応力回転カーブ5及び双極カ
ーブ7の組み合わせを示す。
上記方程式に与えられる双曲面5及び等応力回転面7を
有する金属リングに接合される螺線巻き複合材チューブ
の形成方法を利用すれば、構成が簡単で、破壊し難く、
前記面に対してファイバ・ストランドがブリッジ状にな
ったりスリップしたすせず、引張荷重に対しても圧縮荷
重に対しても最大源の剪断強度を有するジヨイントを僅
かの労力で得ることができ、このジヨイントは複合材と
金属リングの間の接着効果が失われても、複合材自体が
破壊されない限り破局的に損壊することはない。即ち、
接着材がその効力を失っても、金属リング3と複合材チ
ューブ1の間に締まりばねが存在するから、複合材が損
壊するまでは分離し、ない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の複合材/金属間ジヨイントの端面図。 第2図は第1図II −II線における部分断面図。 第3図は第2図における面の形状の拡大部分断面図。 第4図は本発明の他の実施例を示す部分断面図。 第5図は1枚シート双曲面の斜視図。 第6図は等応力回転面ドームの形状に利用される等応力
回転カーブの部分図。 第7図は本発明に採用される面を形成するのに利用でき
る等応力回転面及び双曲面の組み合わせを示す簡略図で
ある。 1・・・・管状複合材 3・・・・金属リング 5・・・・双曲面 6・・・・円筒面 7・・・・過渡面 FIG、2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、金属リングと、高強度ファイバの連続ストランドを
    交叉螺線状に巻き、これを接 着樹脂で接着することにより管状複合構造に形成した管
    状複合材との間の複合材/金属ジョイント形成方法であ
    って、ファイバのスリップ角度より一般的に大きい螺線
    角でファイバをマンドレルに巻着し、金属リングに1枚
    シート双曲面を設け、双曲面及びマンドレルにおけるフ
    ァイバの巻着角が一致し、ファイバが双曲面上をほぼ直
    線上に通過し、ほとんどブリッジ状になることなく金属
    リングの双曲面に密着するように面を形成することを特
    徴とする複合材/金属間ジョイントの形成方法。 2、金属リングに、双曲面と連続し、複合材の管状部分
    から双曲面部分への円滑な過渡部を形成する回転湾曲面
    を形成することを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
    載の方 法。 3、回転湾曲面を等応力回転 (isotensoidal)面として形成することを
    特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の方 法。 4、双曲面の各端と連続する金属リング部分に回転湾曲
    面を形成することを特徴とする特許請求の範囲第1項に
    記載の方法。 5、第1双曲面と同様の第2双曲面を形成 し、金属リングの2つの双曲面の間にあってこれと連続
    する部分に回転湾曲面を形成することを特徴とする特許
    請求の範囲第1項に記載の方法。 6、回転湾曲面を等応力回転面として形成することを特
    徴とする特許請求の範囲第5項に記載の方法。 7、等応力回転面に式 ▲数式、化学式、表等があります▼ によって決定される湾曲を与えられることを特徴とする
    特許請求の範囲第3項に記載の方 法。 8、管状複合材が形成される円筒面と双曲面との間に式 R^2−z^2/(Tan^2θ)=Ro^2によって
    決定される関係を成立させることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項に記載の方法。
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5043217A (en) * 1989-11-15 1991-08-27 Westinghouse Electric Corp. Composite to metal joint for torsional shafts
DE4100816C1 (ja) * 1991-01-14 1992-07-09 Uranit Gmbh, 5170 Juelich, De
US5332049A (en) * 1992-09-29 1994-07-26 Brunswick Corporation Composite drill pipe
CA2148498A1 (en) * 1992-11-13 1994-05-26 Michael Roy Chambers Corrosion resistant connection for use with tubular members
US5813467A (en) * 1997-02-14 1998-09-29 Northrop Grumman Corporation Composite cylinder termination formed using snap ring
US5771975A (en) * 1997-02-14 1998-06-30 Northrop Grumman Corporation Composite cylinder termination
US6405762B1 (en) 2000-06-16 2002-06-18 Cooper Cameron Corporation Composite pipe assembly and method for preparing the same
US6620475B1 (en) 2000-08-10 2003-09-16 Hydril Company Structure for wound fiber reinforced plastic tubing and method for making
US6361080B1 (en) 2000-08-23 2002-03-26 Hydril Company Method for attaching an ANSI stub-end flanged connector to a composite tubular member
US6947443B1 (en) * 2000-10-02 2005-09-20 S&B Technical Products, Inc. Pipe belling apparatus and method
US8087536B2 (en) * 2002-08-08 2012-01-03 Technische Universiteit Delft Pressurizable structures comprising different surface sections
ATE520918T1 (de) * 2002-11-29 2011-09-15 Nkt Flexibles Is Mit einem endanschlussstück verbundenes flexibles rohr
US20050100414A1 (en) 2003-11-07 2005-05-12 Conocophillips Company Composite riser with integrity monitoring apparatus and method
US20090101328A1 (en) 2004-09-28 2009-04-23 Advanced Composite Products & Technology, Inc. Composite drill pipe and method of forming same
US7458617B2 (en) * 2004-09-28 2008-12-02 Advanced Composite Products & Technology, Inc. Composite drill pipe
US20060131079A1 (en) * 2004-12-16 2006-06-22 Halliburton Energy Services, Inc. Composite motor stator
JP4429347B2 (ja) * 2007-09-18 2010-03-10 富士通テン株式会社 ミリ波レーダ装置のバイアス調整方法
US9797257B2 (en) 2012-12-10 2017-10-24 General Electric Company Attachment of composite article
US9777579B2 (en) 2012-12-10 2017-10-03 General Electric Company Attachment of composite article
CN104369395A (zh) * 2014-11-28 2015-02-25 沈阳飞机工业(集团)有限公司 含双曲面型面结构复合材料结构件的整体成型方法
US10342958B2 (en) 2017-06-30 2019-07-09 Abbott Cardiovascular Systems Inc. System and method for correcting valve regurgitation

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3881973A (en) * 1970-10-07 1975-05-06 Boeing Co Joint construction and method of fabrication
US3784441A (en) * 1971-07-12 1974-01-08 Kaempen Industries Composite structure
US4118262A (en) * 1976-05-21 1978-10-03 Brunswick Corporation Longitudinal load carrying method for fiber reinforced filament wound structures
US4097626A (en) * 1976-06-07 1978-06-27 Grafalloy Corporation Construction for a fiber reinforced shaft
US4265951A (en) * 1978-03-27 1981-05-05 Celanese Corporation Fiber reinforced composite shaft with metallic connector sleeves mounted by longitudinal groove interlock
DE2855570C2 (de) * 1978-12-22 1985-06-20 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn Stabförmiges Bauelement
US4238540A (en) * 1979-05-29 1980-12-09 Celanese Corporation Fiber reinforced composite shaft with metallic connector sleeves mounted by connector ring interlock
US4236386A (en) * 1979-05-29 1980-12-02 Celanese Corporation Fiber reinforced composite shaft with metallic connector sleeves mounted by a polygonal surface interlock
US4282764A (en) * 1979-09-17 1981-08-11 Rexnord Inc. Rotary to linear actuator and method of making the same
US4385644A (en) * 1982-01-11 1983-05-31 Plastonics International Inc. Composite laminate joint structure and method and apparatus for making same

Also Published As

Publication number Publication date
IL82225A (en) 1991-06-10
JP2719699B2 (ja) 1998-02-25
US4701231A (en) 1987-10-20
IL82225A0 (en) 1987-10-30

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