[發(fā)明專利]網(wǎng)格交叉處無碳纖維堆積的復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)及制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110480167.2
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113002008B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭傳祥;王振宇;林嬌;戴煜宸
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: B29C70/22
• 分類號: B29C70/22;B29C70/34;B29C70/54;B29L31/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開了一種網(wǎng)格交叉處無碳纖維堆積的復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)及制造方法。制作格柵結(jié)構(gòu)成型所需模具，根據(jù)模具形狀設(shè)計碳纖維預(yù)浸料的尺寸并裁剪，在格柵結(jié)構(gòu)模具內(nèi)進行格柵結(jié)構(gòu)的鋪層，將剪裁好的各條碳纖維預(yù)浸料布置在成型槽中，重復(fù)步驟從下至上對各層進行鋪層，上下相鄰兩層同一個多邊形網(wǎng)格塊的碳纖維預(yù)浸料的旋向布置相反，使得相鄰層中碳纖維預(yù)浸料的鋪層布置交錯；達到設(shè)計厚度后進行合模固化成型。本發(fā)明避免了在節(jié)點處的纖維堆積以及兩結(jié)點之間的纖維架空現(xiàn)象而導(dǎo)致的復(fù)合材料性能偏低的問題，也改善了在成型過程中由于節(jié)點處纖維堆積而造成成型樣件受壓不均勻的問題同時達到了輕量化的目的，可用于復(fù)雜的格柵結(jié)構(gòu)鋪層設(shè)計。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳纖維復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)及其制造方法，特別是涉及一種用于飛機機身、運載火箭殼體、水下無人潛艇等領(lǐng)域的網(wǎng)格交叉節(jié)點無碳纖維堆積的復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)及制造方法。

背景技術(shù)

碳纖維復(fù)合材料由于具有高比強度、比模量、輕量化和耐腐蝕的特點而廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通、潛艇、武器裝備以及體育休閑等民用領(lǐng)域。過去傳統(tǒng)的大型飛機、導(dǎo)彈、潛艇、風(fēng)力發(fā)電葉片和高鐵車身的結(jié)構(gòu)多為復(fù)合材料的層合板和加強筋結(jié)構(gòu)，層合板和加強筋往往不是一體化成型，結(jié)果導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不足。

復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)是由金屬格柵結(jié)構(gòu)發(fā)展而來，一般是由加強筋和蒙皮所組成的。具有截面慣性矩大，抗彎、抗屈曲性能良好，結(jié)構(gòu)效率高和抗失穩(wěn)能力強等優(yōu)點，另外由于格柵的加強肋相對獨立，其在受到?jīng)_擊載荷下裂紋不易傳播整體性能也比較好。正是如此，也使得格柵結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各類飛機機身、運載火箭、導(dǎo)彈外殼、無人潛艇和高鐵車身等航空航天領(lǐng)域。但現(xiàn)有的碳纖維復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)在制作過程中在每個格柵的節(jié)點交叉處會產(chǎn)生纖維的堆積現(xiàn)象，而在兩交叉結(jié)點的中間也存在纖維的架空問題，很容易在這些部分造成應(yīng)力的集中從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的失效。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服技術(shù)背景中存在的問題，本發(fā)明對碳纖維復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)的鋪層方案處理進行了改進，避免了在結(jié)點交叉處產(chǎn)生的纖維堆積現(xiàn)象，使整個格柵結(jié)構(gòu)的纖維含量保持一致，可以更好的傳遞載荷，進而提高結(jié)構(gòu)的性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

步驟1：根據(jù)碳纖維復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)的尺寸制作碳纖維復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)成型所需的格柵結(jié)構(gòu)模具，如圖2所示；

所述的格柵結(jié)構(gòu)模具主要由平臺平面以及布置在平臺平面上凸起的多個多邊形網(wǎng)格塊而成，各個多邊形網(wǎng)格塊等間隔陣列排布布置，多個多邊形網(wǎng)格塊以矩形陣列排布，相鄰多邊形網(wǎng)格塊之間具有間隙，以相鄰多邊形網(wǎng)格塊之間的間隙作為成型槽；優(yōu)選地，各個多邊形網(wǎng)格塊的尺寸均相同，各處成型槽的寬度均相同。

步驟2：根據(jù)格柵結(jié)構(gòu)模具中的多邊形網(wǎng)格塊大小對整張?zhí)祭w維預(yù)浸料進行剪裁獲得各條碳纖維預(yù)浸料，共有兩種尺寸的碳纖維預(yù)浸料，第一種碳纖維預(yù)浸料的長度為一個成型槽的寬度與兩塊多邊形網(wǎng)格塊的長度之和，第二種的碳纖維預(yù)浸料長度為一個成型槽的寬度和一塊多邊形網(wǎng)格的長度之和，每條碳纖維預(yù)浸料的寬度為一個成型槽的寬度；

步驟3：隨后在格柵結(jié)構(gòu)模具上進行格柵結(jié)構(gòu)的鋪層，在鋪層過程中將剪裁好的各條碳纖維預(yù)浸料依次布置在成型槽中，具體地：在每一層中，從最中間的多邊形網(wǎng)格塊開始向周圍的多邊形網(wǎng)格塊進行碳纖維預(yù)浸料的鋪層，鋪層方向以風(fēng)車葉片形式和旋向布置，這樣在同一層中對每個多邊形網(wǎng)格塊周圍的成型槽中鋪置碳纖維預(yù)浸料，每個多邊形網(wǎng)格塊周圍布置多條碳纖維預(yù)浸料且以風(fēng)車葉片形式和旋向布置，然后對格柵結(jié)構(gòu)模具的最外層多邊形網(wǎng)格的外側(cè)也進行鋪層，其鋪層方案如圖3所示；

步驟4：不斷重復(fù)步驟3，從下到上對各層進行鋪層，且上下相鄰兩層的同一個多邊形網(wǎng)格塊周圍布置的多條碳纖維預(yù)浸料的旋向布置相反，使得各層中碳纖維預(yù)浸料的鋪層布置交錯，如圖4所示；