CN102529113A - 复合材料构件转角间隙的填充方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种复合材料构件转角间隙的填充方法，旨在提供一种填充可靠，填充材料尺寸可控的间隙填充方法。利用本发明方法可避免复合材料构件直角过渡转角区应力集中，降低复合材料构件强度、抗剪强度和耐疲劳性能的缺陷。本发明通过下述技术方案予以实现：首先建立构件R圆弧转角区三维模型；试验获得复合材料预浸料和胶接胶膜的固化收缩率；其次，在R转角三维模型各向尺寸A的基础上，附加一个转角填充材料的收缩率C%，获取R圆弧转角区填充材料转角尺寸B=A×（1+C%），并制造转角填充材料的阴模具，以转角截面尺寸制成圆柱形填充材料，采用外压的形式，将阴模具中的填充材料压实成精确的填充尺寸，按转角的方向装入R圆弧转角区，铺上其余铺层。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料构件转角的制造方法，该方法可应用于复合材料加筋结构件的制造。
背景技术
随着先进复合材料在航空航天领域中的应用越来越多，其应用部位已由非承力部件及次承力部件发展到大型化、整体化和低成本化的主承力部件。
通常主承力部件一般都要求其具有良好的压缩、剪切和弯曲强度。复合材料大型加筋结构件是飞行器上的主承力部件之一。近年来，许多研究学者已分别采用共固化、二次共固化、二次胶接等热压罐成型工艺，成功地制备出了复合材料加筋结构件，如图1、图2所示。由于上述复合材料帽形，工字型加筋结构件的直角过渡转角区会产生应力集中，而且复合材料纤维通常是无法90°弯曲的，因此这类构件的直角转角区必须R圆弧过渡才能解决上述问题。但R过渡铺层在直角转角区处会产生如图所示的间隙，该间隙是复合材料纤维层叠法制造上述复合材料构件无法回避的问题，且上述加强筋构件与蒙皮配合的转角区的存在间隙是比较严重的问题之一。由于该区域是上述构件传力和受力的薄弱环节，一旦R过渡直角转角区间隙存在填充不实，就会出现集中应力并导致先期破坏，大幅缩短制造构件的使用寿命。如果采用现有技术固化时的余胶流动来填满该区域间隙，一般是无法填满该区域的，而且必然存在R区在固化压力下压塌的情况；如果采用填充发泡胶和胶粘剂方法来填满该区域间隙，仅存在胶（树脂）结构的抗压，这样不但没有增强材料强度，反而使抗剪强度和耐疲劳性能大大降低；如果采用手工填充树脂预浸纤维的方法来填满该区域间隙，填充的尺度极难把握，不是填充多了，就是填充少了，在间隙填充过程中还会裹入气体，仍是应力集中处。总而言之，目前现有技术对复合材料加筋结构转角区填充方法，都不能满足复合材料构件的整体受力要求，需要研究出一种能够将复合材料加筋结构件R填充区填实且填充材料可控的方法，对复合材料加筋结构件的应用具有重大的意义和应用价值。
发明内容
为了克服加筋结构件R区存在间隙导致其强度性能的不足，本发明提出一种填充可靠，填充材料尺寸可控的复合材料构件转角间隙的填充方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复合材料构件转角间隙的填充方法，其特征在于包括如下步骤：首先将复合材料构件有R圆弧转角区的形状和尺寸建立三维模型；然后，通过试验获得复合材料预浸料和胶接胶膜的固化收缩率；其次，在R转角三维模型各向尺寸A的基础上，附加一个转角填充材料的收缩率C%，精确计算R圆弧转角区的填充量，获取R圆弧转角区需要成型的填充材料转角尺寸B=A×（1+C%），按此尺寸设计并制造转角填充材料的阴模具，在阴模具中，以转角截面尺寸制成圆柱形填充材料，在阴模具上打真空袋，通过抽真空的方式将填充材料压实至精确的填充尺寸，从模具中取出制好的填充材料坯料，在铺叠加强筋时，按转角的方向装入R圆弧转角区，铺上其余铺层，固化填充完好的转角区。
本发明采用阴模成型技术，结合真空压实工艺方法，获得形状和尺寸精确的填充材料，按转角的方向装入R圆弧转角区圆柱形填充材料，填充可靠，解决了复合材料加筋结构件R圆弧转角间隙填充区填充不到位，易导致其性能不能满足设计要求的难题。该方法制造的填充材料不但能够填实筋条与蒙皮胶接配合时R间隙区，而且该方法获得的填充材料形状和尺寸可控。避免了复合材料构件直角过渡转角区应力集中，会降低复合材料构件强度、抗剪强度和耐疲劳性能的缺陷。
附图说明
为了进一步说明而不是限制本发明的上述实现方式，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。所有这些构思应视为本技术所公开的内容和本发明的保护范围。
图1是目前具有帽材结构筋条复合材料构件与蒙皮胶接配合的截面示意图。
图2是目前具有工字型结构复合材料构件与蒙皮胶接配合的截面示意图。
图3是采用的阴模具结构示意图。
图4是本发明在在阴模具上打真空袋，抽真空压实填充材料的示意图。
具体实施方式
参阅图1、图2。根据本发明，首先对加筋结构件三维数模图、预浸料收缩率和胶膜收缩率进行分析并确定加筋结构件R填充区的形状和尺寸；然后根据R填充区的形状和尺寸确定工装模具方案并制造工装模具；之后在工装模具上铺叠预浸料和胶膜；最后使用真空将预浸料压实获得R区填充材料。
首先将复合材料构件有R圆弧转角区的形状和尺寸建立三维模型；同时通过制作不同厚度的复材平板试验，总结固化前后复材平板的厚度数据来获得复合材料预浸料和胶接胶膜的固化收缩率；然后在转角三维模型各向尺寸A的基础上，附加转角填充材料的收缩率C%，获取R圆弧转角区需要成型的填充材料转角尺寸B=A×（1+C%），按此尺寸设计并制造转角填充阴模具(凹模具)，如图3所示，并精确计算R圆弧转角区填充量的填充材料。最后，通过预浸料-真空压实法制备出填充材料：1）根据转角截面尺寸制造圆柱形填充材料；2）将圆柱形填充材料放入阴模具中；3）按图4在阴模具上打真空袋，通过抽真空的方式将填充材料压实至精确的填充尺寸；4）从模具中取出制好的填充材料坯料。在铺叠加强筋时，按转角的方向装入R圆弧转角区，然后铺上其余铺层，固化后即得填充完好的转角区。
Claims (1)
1.一种复合材料构件转角间隙的填充方法，其特征在于包括如下步骤：首先将复合材料构件有R圆弧转角区的形状和尺寸建立三维模型；然后，通过试验获得复合材料预浸料和胶接胶膜的固化收缩率；其次，在R转角三维模型各向尺寸A的基础上，附加一个转角填充材料的收缩率C%，精确计算R圆弧转角区的填充量，获取R圆弧转角区需要成型的填充材料转角尺寸B=A×（1+C%），按此尺寸设计并制造转角填充材料的阴模具，在阴模具中，以转角截面尺寸制成圆柱形填充材料，在阴模具上打真空袋，通过抽真空的方式将填充材料压实至精确的填充尺寸，从模具中取出制好的填充材料坯料，在铺叠加强筋时，按转角的方向装入R圆弧转角区，铺上其余铺层，固化填充完好的转角区。
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