[發(fā)明專利]一種防熱-隔熱-承載組合式一體化預(yù)制體結(jié)構(gòu)及數(shù)字化成形工藝

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910816383.2
• 申請(qǐng)日: 2019-08-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110614778A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 單忠德;孫正;吳曉川;張群;劉云志;戰(zhàn)麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京機(jī)科國(guó)創(chuàng)輕量化科學(xué)研究院有限公司;機(jī)械科學(xué)研究總院集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): B29C70/22
• 分類號(hào): B29C70/22;B29C70/40;B29C70/56;B32B9/00;B32B9/04;B32B27/02;B32B27/12;B32B27/34;B32B5/06;B32B33/00
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1.一種防熱-隔熱-承載組合式一體化預(yù)制體結(jié)構(gòu)及數(shù)字化成形工藝，其特征在于，包括防熱層（1）、隔熱層（2）、承載層（3）以及連接所述防熱層（1）、隔熱層（2）、承載層（3）的組合式導(dǎo)向套（4），所述數(shù)字化成形工藝步驟包括：

S1：根據(jù)預(yù)制體三維模型采用通用切片軟件沿垂直方向進(jìn)行分層，提取防熱層（1）、隔熱層（2）以及承載層（3）分層后每一層截面輪廓信息，同時(shí)對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件進(jìn)行有限元分析，確定不同方向熱量傳遞與該方向纖維體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系，再根據(jù)熱量傳遞與各方向纖維體積分?jǐn)?shù)關(guān)系模型確定每一層的層密度，根據(jù)計(jì)算出的層密度規(guī)劃每一層纖維束的走向，并定義纖維束鋪放路徑、定義定位板孔徑參數(shù)以及定義導(dǎo)向套尺寸參數(shù)；

S2：根據(jù)步驟S1提取的截面輪廓信息以及優(yōu)化后的纖維束鋪放路徑、定位板孔徑參數(shù)以及導(dǎo)向套尺寸參數(shù)，加工出符合使用要求的定位板；

S3：依據(jù)預(yù)制體的三維模型和S1提取的截面輪廓信息，在所述定位底板上布置防熱層（1）的組合式導(dǎo)向套（4），形成防熱層（1）的導(dǎo)向陣列，所述防熱層（1）的導(dǎo)向套（4）表層沿軸向布置坎合槽，所述組合導(dǎo)向套上坎合槽的數(shù)量相同或不同，坎合槽寬度相同或不同，坎合槽形狀相同或不同；

S4：以所述組合式導(dǎo)向套（4）組成的導(dǎo)向陣列為支撐，根據(jù)步驟S1優(yōu)化后的纖維束路徑將纖維束沿導(dǎo)向套（4）編織，并固定在導(dǎo)向套（4）表面的坎合槽中，通過(guò)張緊力傳感器（9）和張力調(diào)控裝置（5）對(duì)不同路徑上的纖維束進(jìn)行張緊力實(shí)時(shí)調(diào)控，使每一段纖維束都處于不同張緊狀態(tài)，完成防熱層（1）預(yù)制體的織造；

S5：依據(jù)預(yù)制體的三維模型和S1提取的截面輪廓信息，在所述防熱層（1）的導(dǎo)向陣列基礎(chǔ)上，進(jìn)行所述隔熱層（2）的組合式導(dǎo)向套布置，形成隔熱層（2）的導(dǎo)向陣列，所述隔熱層（2）的導(dǎo)向套（4）表層沿軸向布置坎合槽，所述組合導(dǎo)向套上坎合槽的數(shù)量相同或不同，坎合槽寬度相同或不同，坎合槽形狀相同或不同；

S6：重復(fù)步驟S4，完成隔熱層（2）預(yù)制體的織造；

S7：依據(jù)預(yù)制體的三維模型和S1提取的截面輪廓信息，在所述隔熱層（2）的導(dǎo)向陣列基礎(chǔ)上，進(jìn)行所述承載層（3）的組合式導(dǎo)向套布置，形成承載層（3）的導(dǎo)向陣列，所述承載層（3）的導(dǎo)向套（4）表層沿軸向布置坎合槽，所述組合導(dǎo)向套上坎合槽的數(shù)量相同或不同，坎合槽寬度相同或不同，坎合槽形狀相同或不同；

S8：重復(fù)步驟S4，完成承載層（3）預(yù)制體的織造；

S9：所述防熱層（1）、隔熱層（2）以及承載層（3）織造完成后，完成防熱-隔熱-承載一體化預(yù)制體的織造；

S10：將防熱-隔熱-承載一體化預(yù)制體進(jìn)行致密化成型，制備出防熱-隔熱-承載一體化復(fù)合材料構(gòu)件。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防熱-隔熱-承載一體化預(yù)制體結(jié)構(gòu)及數(shù)字化成形工藝，其特征在于，所述的進(jìn)行有限元分析并確定不同方向熱量傳遞與該方向纖維體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系，需首先根據(jù)復(fù)合材料構(gòu)件實(shí)際使用工況定義有限元分析中的邊界條件，再根據(jù)均勻化理論計(jì)算熱量分布與各方向纖維體積分?jǐn)?shù)關(guān)系，將各方向的纖維體積分?jǐn)?shù)平均分配到每一層上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防熱-隔熱-承載一體化預(yù)制體結(jié)構(gòu)及數(shù)字化成形工藝，其特征在于，所述的計(jì)算出的層密度規(guī)劃每一層纖維束的走向，首先根據(jù)權(quán)利要求2所述有限元分析的熱量分布路徑信息，采用Python編寫(xiě)的程序提取構(gòu)件內(nèi)部熱量分布路徑的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息，再根據(jù)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息在切片軟件中定義纖維束走向，盡量將纖維束鋪放路徑沿著熱量分布路徑，完成纖維束路徑的鋪放設(shè)計(jì)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防熱-隔熱-承載一體化預(yù)制體結(jié)構(gòu)及數(shù)字化成形工藝，其特征在于，所述的防熱層（1）、隔熱層（2）和承載層（3）通過(guò)組合式導(dǎo)向套（4）進(jìn)行連接，能夠有效降低預(yù)制體成形中以及浸漬后構(gòu)件的分層效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)多結(jié)構(gòu)預(yù)制體一體化成形。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防熱-隔熱-承載一體化預(yù)制體結(jié)構(gòu)及數(shù)字化成形工藝，其特征在于，所述的防熱層（1）、隔熱層（2）和承載層（3）選用纖維材質(zhì)為碳纖維、碳化硅纖維、石英纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維的一種或多種，選用的基體材料為樹(shù)脂、碳、陶瓷的一種或多種。