[发明专利]一种基于纤维增强的金属复合构件及其制造方法

说明书

本发明公开了一种基于纤维增强的金属复合构件及其制造方法，包括：金属基体，金属基体上设置有与水平方向呈预设角度的若干凹槽，若干凹槽内填充有纤维材料。本发明基于金属材料颈缩发生处变形增加但抗拉承载力下降，而纤维材料的承载力随其拉伸变形增加而增加的特性，通过预设角度的若干凹槽中的纤维材料与金属共同承担拉力的作用。在颈缩发生处，通过纤维材料的承载力增强弥补金属材料承载力的下降，从而避免颈缩的发生或在多处发生颈缩，避免金属复合构件在一个位置发生局部颈缩而断裂，提高金属复合构件的变形能力。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及的是一种基于纤维增强的金属复合构件及其制造方法。

背景技术

金属材料是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称，包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等，金属材料由于具有耐高温性、抗腐蚀性、高延展性等特点，成为国民经济、人民日常生活及国防工作、科学技术发展必不可少的基础材料和重要的战略物资。

颈缩是指在拉应力作用下，材料发生局部截面缩减的现象，现有金属材料由于有效截面积的微小差异，在受到拉应力时，容易在局部位置发生颈缩而断裂。

因此，现有技术还有待改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于纤维增强的金属复合构件及其制造方法，旨在解决现有金属材料在受到拉应力时，容易在局部位置发生颈缩而断裂的问题。

本发明解决问题所采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供一种基于纤维增强的金属复合构件，其特征在于，包括：金属基体，所述金属基体上设置有与水平方向呈预设角度的若干凹槽，若干所述凹槽内填充有纤维材料。

所述的基于纤维增强的金属复合构件，其中，所述预设角度为15°～60°或120°～165°。

所述的基于纤维增强的金属复合构件，其中，所述纤维材料的极限应变为1％～15％。

所述的基于纤维增强的金属复合构件，其中，若干所述凹槽的形状相同，若干所述凹槽的横截面形状为圆形、正方形或长方形。

所述的基于纤维增强的金属复合构件，其中，若干所述凹槽设置于所述金属基体表面，且若干所述凹槽沿所述金属基体的长轴方向等间距设置。

所述的基于纤维增强的金属复合构件，其中，若干所述凹槽设置于所述金属基体内部。

所述的基于纤维增强的金属复合构件，其中，所述预设角度、纤维材料用量以及纤维材料刚度满足公式：

其中，

α为预设角度，A_frp为纤维材料用量，E_frp为纤维材料弹性模量，A_metal为所述金属基体的初始横截面面积，r_p0为金属基体中心到纤维材料中心的距离，r_b0为金属基体的半径，ε_y，fracture，σ_local(ε_y，fracture)和E_hardening由金属基体对应的颈缩截面的局部工程应力应变曲线确定，ε_y，fracture为颈缩处轴向局部的轴向断裂应变，σ_local(ε_y，fracture)为颈缩处轴向断裂应变ε_y，fracture对应的截面局部应力，E_hardening为颈缩截面的局部工程应力应变曲线的强化段斜率。

第二方面，本发明实施例提供一种上述所述的基于纤维增强的金属复合构件的制造方法，其中，包括：