CN101422973A - 具有双稳定构型的混杂复合材料层板 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种既可以满足大变形要求，又能够满足往复变形要求的、在每个构型下不需要外部能源来维持其稳定形状的具有双稳定构型的混杂复合材料层板。它是一种叠层结构，采用非对称铺层；分为中间层、上层和下层。中间层为各向同性均质材料层，采用钢、铝合金或塑料膜。上层采用单向纤维增强的树脂基复合材料，铺层方向为0度或90度，为单层复合材料或几个单层复合材料叠合而成。下层采用单向纤维增强的树脂基复合材料，铺层方向为90度或0度。本发明具有双稳定构型的混杂复合材料层板，可以通过调节中间层材料的性质和尺寸，改变形状变化大小，增加了双稳定结构的可设计性。
Description
(一)技术领域
本发明涉及材料科学，具体说就是一种具有双稳定构型的混杂复合材料层板。
(二)背景技术
复合材料是以一种材料为基体，另一种材料为增强体复合而成的材料。而混杂复合材料指由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内/层间混杂和超混杂复合材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
近年来，随着智能变形飞行器概念的提出和发展，能够适应形状变化的蒙皮材料与结构需求日益广泛，这种智能变形需要不同形状之间可以往复变化，一般的通过弹性变形能够实现往复变形，但变形量很小，不能满足变形要求。通过塑性变形又不能实现往复变形。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种既可以满足大变形要求，又能够满足往复变形要求的、在每个构型下不需要外部能源来维持其稳定形状的具有双稳定构型的混杂复合材料层板。
本发明的目的是这样实现的：所述的一种具有双稳定构型的混杂复合材料层板，它是一种叠层结构，采用非对称铺层；分为上层、中间层和下层；上层连接中间层，中间层连接下层。
本发明还有以下技术特征：
(1)所述的中间层为各向同性均质材料层，采用钢、铝合金或塑料膜。
(2)所述的上层采用单向纤维增强的树脂基复合材料，铺层方向为0度或90度，为单层复合材料或几个单层复合材料叠合而成。
(3)所述的下层采用单向纤维增强的树脂基复合材料，铺层方向为90度或0度，其纤维轴向与上层相互垂直；为单层复合材料或几个单层复合材料叠合而成。
(4)所述的复合材料为单向纤维增强复合材料；所述的各向同性均质材料为金属薄层材料。
(5)所述的非对称铺层特征为[0n/M/90n]。
本发明一种具有双稳定构型的混杂复合材料层板，制作方法如下：将铺好的混杂叠层材料置于热压罐中，采用热压罐工艺，根据预浸料的工艺制度升温固化。
本发明具有双稳定构型的混杂复合材料层板，两个构型的形状变化明显，曲率变化超过2/m。同时，相比于单纯的纤维增强树脂基非对称层板具有承载能力高的优点，两个构型转变的临界载荷相比之下提高数倍。本发明具有双稳定构型的混杂复合材料层板，可以通过调节中间层材料的性质和尺寸，改变形状变化大小，增加了双稳定结构的可设计性。
(四)附图说明
图1为本发明的非对称铺层混杂层板结构示意图；
图2为本发明的母线沿Y轴的半圆筒形结构示意图；
图3为本发明的母线沿X轴的半圆筒形结构示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做进一步说明。
实施例1，结合图1、图2，本发明所述的具有双稳定构型的混杂复合材料层板由三层构成，具体包括：上层为纤维增强树脂基复合材料层，为碳纤维或玻璃纤维增强材料，纤维取向为0度，如图1中的1。中间层为各向同性均质材料层，为金属或其它均质薄层材料，如图1中的2。下层为纤维增强树脂基复合材料层，为碳纤维或玻璃纤维增强材料，纤维取向90度，如图1中的3。双稳定构型的其中一个形状为母线沿y轴的半圆筒形，另一边为曲边，其曲率大于2/m，。另一个稳定形状为母线沿x轴的半圆筒形，另一边为曲边，其曲率也大于2/m。在一定的载荷作用下，如中间垂直加载或两边加弯矩，图2中的构型可以转变成图3的构型，此时原来的直边变成了曲边，而原来的曲边变成了直边，并且在外载荷撤掉以后，能维持其形状。
实施例2，结合图1，本发明具有双稳定构型的混杂复合材料层板，所述的铺层特征为[0n/M/90n]，0表示上层的纤维增强复合材料的纤维轴向方向与水平轴夹角为0度，下标n表示可以有n个这样的单层。M表示各向同性材料层。90表示上层的纤维增强复合材料的纤维轴向方向与水平轴夹角为90度，下标n表示可以有n个这样的单层。
实施例3，结合图1，本发明具有双稳定构型的混杂复合材料层板，它是一种叠层结构，采用非对称铺层；分为中间层、上层和下层。中间层为各向同性均质材料层，采用钢、铝合金或塑料膜。所述的上层采用单向纤维增强的树脂基复合材料，铺层方向为0度或90度，为单层复合材料或几个单层复合材料叠合而成。所述的下层采用单向纤维增强的树脂基复合材料，铺层方向为90度或0度，其纤维轴向与上层相互垂直；为单层复合材料或几个单层复合材料叠合而成。所述的复合材料为单向纤维增强复合材料；所述的各向同性均质材料为金属薄层材料。所述的非对称铺层特征为[0n/M/90n]。
实施例4，本发明一种具有双稳定构型的混杂复合材料层板，其制作方法如下：将铺好的混杂叠层材料置于热压罐中，采用热压罐工艺，根据预浸料的工艺制度升温固化。
Claims (7)
1.一种具有双稳定构型的混杂复合材料层板，其特征在于：它是一种叠层结构，采用非对称铺层；分为上层、中间层和下层；上层连接中间层，中间层连接下层。
2.根据权利要求1所述的一种具有双稳定构型的混杂复合材料层板，其特征在于：中间层为各向同性均质材料层，采用钢、铝合金或塑料膜。
3.根据权利要求1所述的一种具有双稳定构型的混杂复合材料层板，其特征在于：所述的上层采用单向纤维增强的树脂基复合材料，铺层方向为0度或90度，为单层复合材料或几个单层复合材料叠合而成。
4.根据权利要求1所述的一种具有双稳定构型的混杂复合材料层板，其特征在于：所述的下层采用单向纤维增强的树脂基复合材料，铺层方向为90度或0度，其纤维轴向与上层相互垂直；为单层复合材料或几个单层复合材料叠合而成。
5.根据权利要求2、3、4所述的一种具有双稳定构型的混杂复合材料层板，其特征在于：所述的复合材料为单向纤维增强复合材料；所述的各向同性均质材料为金属薄层材料。
6.根据权利要求1所述的一种具有双稳定构型的混杂复合材料层板，其特征在于：所述的非对称铺层特征为[0n/M/90n]。
7.一种具有双稳定构型的混杂复合材料层板，其特征在于：制作方法如下：将铺好的混杂叠层材料置于热压罐中，采用热压罐工艺，根据预浸料的工艺制度升温固化。
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN102416739A (zh) * | 2011-08-19 | 2012-04-18 | 北京航空航天大学 | 一种飞艇蒙皮材料及其制备方法 |
| CN102521435A (zh) * | 2011-11-29 | 2012-06-27 | 苏州大学 | 一种对称层合板的铺层制作方法 |
| CN102991666A (zh) * | 2012-11-26 | 2013-03-27 | 中国商用飞机有限责任公司 | 具备流动控制和防除冰功能的叠层板飞机蒙皮 |
| CN114801356A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-07-29 | 浙江工业大学台州研究院 | 碳纤维增强smp双稳态复合材料层合板制备及驱动方法 |
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2008
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