JPH0762484B2 - CFRP joint - Google Patents
CFRP jointInfo
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- JPH0762484B2 JPH0762484B2 JP62163287A JP16328787A JPH0762484B2 JP H0762484 B2 JPH0762484 B2 JP H0762484B2 JP 62163287 A JP62163287 A JP 62163287A JP 16328787 A JP16328787 A JP 16328787A JP H0762484 B2 JPH0762484 B2 JP H0762484B2
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- joint
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- load
- fiber
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/40—Weight reduction
Landscapes
- Joining Of Building Structures In Genera (AREA)
- Mutual Connection Of Rods And Tubes (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、骨組構造物の一次構造部材同士の結合部に用
いられるCFRP製ジョイントに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CFRP joint used for a joint between primary structural members of a frame structure.
従来の技術 CFRP(炭素繊維強化プラスチック)はその比強度,比剛
性等の力学的特性が高く、また熱的寸法安定法について
も優れているために、宇宙航空の分野では有望な材料と
して期待されている。そして、とりわけ宇宙空間で使用
される骨組構造物(トラスあるいはラーメン形式)の一
次構造部材はがりでなく、その一次構造物同士の結合部
に用いられるジョイントについてもそのCFRP化が試みら
れている。Conventional technology CFRP (carbon fiber reinforced plastic) is expected to be a promising material in the field of aerospace because of its high mechanical properties such as specific strength and specific rigidity, and its excellent thermal dimensional stability method. ing. In addition, not only the primary structural members of frame structures (truss or rigid frame type) used in outer space but also the joints used for connecting the primary structures are attempted to be CFRP.
この場合、一次構造部材についてはパイプ状あるいは平
板状といった単純な形状であるのに対し、ジョイントに
ついては複数の部材と結合されることになることから形
状が極めて複雑なものとならざるを得ない。そのため、
上記のようなジョイントの成形にあたっては、所定の樹
脂に炭素繊維のチョップドストランドを含有させたモー
ルド成形品や、炭素繊維クロスを積層してなる積層成形
品が提案されている(例えば、32nd International SAM
PE Symposium論文集April 6−9,1987 P.772〜P.781)。In this case, the primary structural member has a simple shape such as a pipe shape or a flat plate shape, whereas the joint has to be combined with a plurality of members, so the shape must be extremely complicated. . for that reason,
In molding the joint as described above, a molded product in which a chopped strand of carbon fiber is contained in a predetermined resin and a laminated molded product obtained by laminating carbon fiber cloth are proposed (for example, 32nd International SAM
PE Symposium Proceedings April 6-9, 1987 P.772-P.781).
発明が解決しようとする問題点 上記のような炭素繊維のチョップドストランドを用いた
モールド成形品は、製造性がよい反面、繊維が連続して
いないために繊維本来の強度,弾性が十分に生かせず、
成形品としての力学的特性が低いほか、成形品形状等に
応じて任意の比強度および比剛性を達成することが困難
である。Problems to be Solved by the Invention Molded products using the chopped strands of carbon fibers as described above have good manufacturability, but on the other hand, the fibers are not continuous, so that the original strength and elasticity of the fibers cannot be fully utilized. ,
In addition to low mechanical properties as a molded product, it is difficult to achieve arbitrary specific strength and specific rigidity depending on the shape of the molded product.
また、積層成形品については、製品形状が複雑になれば
なるほど荷重負荷方向と繊維の方向とを適応させること
が困難で、部分的に例えば引張荷重に対してクロスの接
着強度のみで耐荷せざるを得なくなる。その結果として
上記と同様に繊維本体の強度を十分に生かすことができ
ずに製品として十分な強度が得られない。Further, regarding the laminated molded product, it becomes more difficult to adapt the load load direction and the fiber direction as the product shape becomes more complicated, and it is necessary to partially bear only the adhesive strength of the cloth against the tensile load, for example. Get lost. As a result, similarly to the above, the strength of the fiber body cannot be fully utilized, and sufficient strength cannot be obtained as a product.
本発明は、繊維本来の強度を生かして、とりわけ力学的
特性に優れたCFRP製ジョイントを提供するものである。INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a CFRP joint having excellent mechanical properties by utilizing the original strength of the fiber.
問題点を解決するための手段 本発明のジョイントにおいては、複数のCFRP製のボック
ス状セルを組み合わせてジョイントの骨格構造を形成す
るとともに、各セルの開口端面に沿って炭素繊維を周回
状に巻き付けて枠体部を形成し、複数のセルを相互に一
体化することで構成される。Means for Solving the Problems In the joint of the present invention, a plurality of CFRP box-shaped cells are combined to form a skeletal structure of the joint, and carbon fibers are wound in a circular shape along the open end face of each cell. To form a frame body, and a plurality of cells are integrated with each other.
基本要素となるボックス状セルは、実施例にも示すよう
に例えば矩形状あるいは略漏斗状のものとし、セルは炭
素繊維クロスの積層によって形成される。したがって、
繊維の方向は、セル壁部の平面方向の配向となる。そし
て、複数のセルを組み合わせただけでは各セルの繊維が
連続していないために、これを補うべく各セルの端面に
フィラメントワインディング法により炭素繊維を周回状
に巻き付けるものである。The box-shaped cell as a basic element is, for example, rectangular or substantially funnel-shaped as shown in Examples, and the cell is formed by stacking carbon fiber cloths. Therefore,
The fiber orientation is the planar orientation of the cell walls. The fibers of each cell are not continuous just by combining a plurality of cells. Therefore, in order to compensate for this, the carbon fiber is wound around the end face of each cell by the filament winding method.
また、各セルの壁部には、骨組構造物の一次構造部材と
の連結のために必要に応じて結合穴が形成される。In addition, a coupling hole is formed in the wall portion of each cell as needed for connection with the primary structural member of the frame structure.
作用 上記の構造によれば、例えばセルの壁部に相手側の一次
構造部材がピン結合されるものと仮定すると、圧縮荷重
については各セルの壁面で負担し、一方、引張荷重につ
いては周回状に巻き付けられた二次成形層であるところ
の枠体部が負担する。Action According to the above structure, assuming that the mating primary structural member is pin-coupled to the wall of the cell, for example, the compressive load is borne by the wall surface of each cell, while the tensile load is circular. The frame body portion, which is the secondary molding layer wound around, bears the burden.
実施例 第1図は本発明のジョイントの一実施例を示す構成説明
図であって、ジョイント1は、外観上5枚の円板を組み
合わせたかのように全体として球状に形成されている。
このジョイント1は第2図に示すように略漏斗状をなす
ボックス状セル2を基本要素とし、合計16個のセル2を
相互に組み合わせて接着することでジョイント1の骨格
となる球状の中間組立体3を形成し、さらに中間組立体
3のうち各セル2の接合端面に沿って連続した炭素繊維
を一方向フィラメントワインディング法により周回状に
巻き付けて枠体部4を成形することで第1図のジョイン
ト1が構成される。Example FIG. 1 is a structural explanatory view showing an example of the joint of the present invention, and the joint 1 is formed into a spherical shape as a whole as if the five discs were combined in appearance.
As shown in FIG. 2, this joint 1 has a box-shaped cell 2 having a substantially funnel shape as a basic element, and a total of 16 cells 2 are combined with each other and bonded to each other to form a skeleton of the joint 1. The three-dimensional structure 3 is formed, and further, carbon fibers that are continuous along the joint end faces of the cells 2 in the intermediate assembly 3 are wound in a circular shape by the unidirectional filament winding method to form the frame body portion 4 as shown in FIG. Joint 1 is constructed.
セル2は、予め炭素繊維クロスを積層成形した上で所定
の機械加工を施すことにより構成され、繊維の方向とし
ては第1図に符号Qで示すようにいわゆるクロスプライ
状をなし、実質的に各セル2の壁部5の平面方向の配向
となっている。この場合、必要とされる強度によって
は、一方向のみの繊維の配向とすることもできる。そし
て、セル2の開口端面には枠体部4を成形するための溝
6が予め形成されているほか、壁部5には相手側の一次
構造部材との結合のために必要に応じて第1図に示すよ
うに結合穴7が形成される。The cell 2 is constructed by laminating and molding a carbon fiber cloth in advance and then subjecting it to a predetermined machining process, and the direction of the fiber has a so-called cross-ply shape as shown by a symbol Q in FIG. The wall portion 5 of each cell 2 is oriented in the plane direction. In this case, depending on the required strength, the fibers may be oriented in only one direction. Further, a groove 6 for molding the frame portion 4 is formed in advance on the open end surface of the cell 2, and the wall portion 5 is provided with a first groove as necessary for coupling with a mating primary structural member. A coupling hole 7 is formed as shown in FIG.
上記の実施例構造において、例えば第3図に示すように
壁部5にトラス部材8がピン9により結合されるものと
すると、この場合には曲げ荷重については極めて小さい
ために無視することができ、引張および圧縮荷重のみの
荷重伝達系が必要になる。そこで先ず圧縮荷重について
みると、圧縮荷重は結合穴7の内周面の面圧として入力
され、壁部5の面内圧縮荷重となって他の壁部5に伝達
される。また引張荷重については、結合穴7の内周面の
面圧として入力されて壁部5の面内圧縮荷重となり、こ
の荷重は枠体部4の引張荷重に変換されて他の壁部5に
伝達される。In the structure of the above embodiment, if the truss member 8 is connected to the wall portion 5 by the pin 9 as shown in FIG. 3, the bending load in this case can be neglected because it is extremely small. A load transmission system with only tensile and compression loads is required. Therefore, first, regarding the compressive load, the compressive load is input as the surface pressure of the inner peripheral surface of the coupling hole 7, becomes the in-plane compressive load of the wall portion 5, and is transmitted to the other wall portion 5. Further, the tensile load is input as the surface pressure of the inner peripheral surface of the coupling hole 7 and becomes the in-plane compressive load of the wall portion 5. This load is converted into the tensile load of the frame body portion 4 and is applied to the other wall portion 5. Transmitted.
つまり上記の実施例によれば、荷重伝達は全て引張また
は圧縮のかたちで伝達され、剛性が低くなる曲げによる
荷重伝達は行われない。そして、ジョイント1を構成し
ている繊維層の接着強度および剪断強度には依存せず
に、荷重方向に常に繊維の方向を合わせることができ、
繊維の強度を最大限に生かすことができる。That is, according to the above-described embodiment, all the load transmission is performed in the form of tension or compression, and the load transmission by bending that lowers the rigidity is not performed. And, the direction of the fiber can be always matched with the load direction without depending on the adhesive strength and the shear strength of the fiber layer constituting the joint 1,
You can maximize the strength of the fiber.
ここで、第4図および第5図に示すように壁部5の結合
穴7にフランジ10付きの金属製ブッシュ11を埋設すると
荷重(面圧)伝達性がよくなり、より好ましいものとな
る。特に第5図に示すようにフランジ10にエラストマー
層12を形成すると、壁部素材とブッシュ11との間にはた
らく剪断応力の分布を滑らかにすることができる。Here, as shown in FIG. 4 and FIG. 5, it is more preferable to embed a metal bush 11 with a flange 10 in the coupling hole 7 of the wall portion 5 to improve load (contact pressure) transferability. In particular, when the elastomer layer 12 is formed on the flange 10 as shown in FIG. 5, the distribution of the shear stress acting between the wall material and the bush 11 can be made smooth.
また、壁部5に対して相手部材がピン結合でなくねじ結
合される場合には、第6図に示すように壁部5の裏面か
らねじ部13をもつ金属製(例えばチタン製)のブッシュ
14をはめ込むことにより、結合部の補強効果が期待でき
る。Further, when the mating member is screwed to the wall portion 5 instead of being pin-connected, a bush made of metal (for example, titanium) having a screw portion 13 from the back surface of the wall portion 5 as shown in FIG.
When 14 is fitted, the reinforcing effect of the joint can be expected.
さらに、トラス部材8を直線的に連結する必要がある場
合には例えば第7図(A),(B)および第8図に示す
ようなジョイントを用いる。Further, when it is necessary to connect the truss members 8 linearly, for example, joints as shown in FIGS. 7A, 7B and 8 are used.
第7図のジョイント15の場合には、同図(B)にも示す
ように発泡材等からなるコア16の側面にねじ部17をもつ
ブッシュ18を位置決めしたのち、その外周にねじ部17の
軸心と平行に例えばフィラメントワインディング法によ
り繊維を巻き付けて強化繊維層19を形成したものであ
る。また第8図の場合には全体を円柱状に形成している
点で第7図のものと異なるが、コア16,ブッシュ28およ
び繊維強化層29を構成要素としている点で第7図のもの
と同様である。In the case of the joint 15 of FIG. 7, as shown in FIG. 7B, after the bush 18 having the threaded portion 17 is positioned on the side surface of the core 16 made of foam material or the like, the threaded portion 17 is formed on the outer periphery of the bushing 18. The reinforcing fiber layer 19 is formed by winding fibers in parallel with the axis by, for example, a filament winding method. In addition, in the case of FIG. 8, it is different from that of FIG. 7 in that the whole is formed in a cylindrical shape, but in FIG. 7 in that the core 16, the bush 28 and the fiber reinforced layer 29 are the constituent elements. Is the same as.
第9図は本発明の他の実施例を示すもので、先の第1実
施例では同一形状の複数のセル2を組み合わせて球状の
ジョイント1としたのに対し、本実施例では形状の異な
る三種類のセル22,32,42を組み合わせてジョイント21を
構成したものである。FIG. 9 shows another embodiment of the present invention. In the first embodiment, a plurality of cells 2 having the same shape are combined to form a spherical joint 1, whereas the present embodiment has a different shape. The joint 21 is formed by combining three types of cells 22, 32, 42.
この実施例の場合には、矩形状のセル22には矢印e方向
から骨組構造物のフレーム部材が挿入・結合されるのに
対し、それ以外のセル32,42の壁部5には上記実施例と
同様に結合穴7を介してトラス部材がピン結合されるこ
とになる。したがって、セル32,42の作用効果について
は第1実施例と同様である。In the case of this embodiment, the frame member of the frame structure is inserted and connected to the rectangular cell 22 from the direction of the arrow e, while the above-described operation is performed on the wall portions 5 of the other cells 32 and 42. As in the example, the truss member is pin-connected through the connecting hole 7. Therefore, the effects of the cells 32 and 42 are similar to those of the first embodiment.
発明の効果 以上のように本発明のジョイントにおいては、複数のCF
RP製のボックス状セルを組み合わせてジョイントの骨格
構造を形成するとともに、各セルの開口端面に沿って炭
素繊維を周回状に巻き付けて枠体部を形成し、これによ
って複数のセルを相互に一体化したものであるから、圧
縮荷重を負担する各セルの壁部および引張荷重を負担す
る枠体部のそれぞれについてその荷重方向に対し繊維の
方向を合わせることができる。したがって、繊維の強度
および剛性を最大限に生かして、軽量でありながらも力
学的特性に優れたジョイントを得ることができる。As described above, in the joint of the present invention, a plurality of CF
A box-shaped cell made of RP is combined to form the skeleton structure of the joint, and the carbon fiber is wrapped around the open end surface of each cell to form a frame part, which allows multiple cells to be integrated with each other. As a result, the direction of the fiber can be aligned with the load direction of the wall portion of each cell that bears the compressive load and the frame body portion that bears the tensile load. Therefore, it is possible to obtain a joint that is lightweight and has excellent mechanical properties by making the most of the strength and rigidity of the fiber.
第1図は本発明のジョイントの一実施例を示す斜視図、
第2図は第1図のジョイントの中間組立体の斜視図、第
3図は第1図のX方向から見た断面図、第4図,第5図
および第6図はいずれも第3図の結合穴の他の形態を示
す要部断面図、第7図(A)はトラス部材同士の直線結
合に用いられるジョイントの一例を示す断面図、第7図
(B)は同図(A)の要部斜視図、第8図は第7図
(A)のジョイントの他の形態を示す断面図、第9図は
本発明のジョイントの他の実施例を示す斜視図である。 1,21……ジョイント、2,22,32,42……セル、4……枠体
部、5……壁部、7……結合穴、8……トラス部材。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the joint of the present invention,
2 is a perspective view of an intermediate assembly of the joint shown in FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken in the direction X in FIG. 1, and FIGS. 4, 5, and 6 are all FIG. FIG. 7 (A) is a cross-sectional view showing an example of a joint used for linearly connecting truss members, and FIG. 7 (B) is the same figure (A). FIG. 8 is a sectional view showing another embodiment of the joint of FIG. 7 (A), and FIG. 9 is a perspective view showing another embodiment of the joint of the present invention. 1,21 ... Joint, 2,22,32,42 ... cell, 4 ... frame part, 5 ... wall part, 7 ... coupling hole, 8 ... truss member.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 E04B 1/58 P 8913−2E ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location E04B 1/58 P 8913-2E
Claims (1)
ョイントにおいて、複数のCFRP製のボックス状セルを組
み合わせてジョイントの骨格構造を形成するとともに、
各セルの開口端面に沿って炭素維持を周回状に巻き付け
ることにより枠体部を形成し、これにより複数のセルを
相互に一体化したことを特徴とするCFRP製ジョイント。1. A CFRP joint used for a joint portion of a frame structure, wherein a plurality of CFRP box-shaped cells are combined to form a skeletal structure of the joint, and
A CFRP joint characterized in that a frame body is formed by winding carbon maintenance in a circular shape along the open end surface of each cell, and thereby a plurality of cells are integrated with each other.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62163287A JPH0762484B2 (en) | 1987-06-30 | 1987-06-30 | CFRP joint |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62163287A JPH0762484B2 (en) | 1987-06-30 | 1987-06-30 | CFRP joint |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6410836A JPS6410836A (en) | 1989-01-13 |
| JPH0762484B2 true JPH0762484B2 (en) | 1995-07-05 |
Family
ID=15770952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62163287A Expired - Lifetime JPH0762484B2 (en) | 1987-06-30 | 1987-06-30 | CFRP joint |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0762484B2 (en) |
-
1987
- 1987-06-30 JP JP62163287A patent/JPH0762484B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6410836A (en) | 1989-01-13 |
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