CN104292874A - 共结点交叉加强筋复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种共结点交叉加强筋复合材料。连续的加强筋相互交叉，两条加强筋共结点的体积等于各个加强筋通过共结点的体积之和，共结点的高度与加强筋的高度相等。在加强筋共结点处，根据等体积原则，使共结点处的制品的体积等于各个筋体积之和。在筋的交叉点处，采用适当的圆角或斜角。交叉点处的表面压制成与所有筋表面可等高或近似等高，即可实现纤维连续的目的。本发明的复合材料共结点交叉加强筋结构形式，适用于各条筋高、筋宽相同或不相同及各种角度加强筋的复合材料制品。

Description

共结点交叉加强筋复合材料

技术领域

本发明涉及一种纤维增强塑料(FRP)制品的结构形式，具体地说，涉及一种带有共结点交叉加强筋的复合材料制品的结构形式。

背景技术

纤维增强塑料(FRP)与金属材料不同，属于各向异性材料。对于金属材料，可以提供两个方向相同的强度，而复合材料只能提供纤维方向的最大强度，垂直纤维方向的强度很低。对于带有共结点交叉加强筋的制品，金属材料可采用整体板料加工或焊接的方法，使共结点交叉加强筋制品的加强筋形成完整的网格，而对于纤维增强塑料(FRP)制品来说，无法采用整体加工或焊接的方法成型，只能通过布置纤维，使产品一次性成型出来，在布置纤维过程中，交叉筋的共结点处的连续纤维一般只能保留50％，否则交叉点处纤维就会过高堆积，导致无法成型。50％连续纤维量会使制品的结构性能大幅度降低，以致无法满足设计要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能大幅降低交叉点处的应力集中，提高材料的结构性能的共结点交叉加强筋复合材料。

本发明的目的是这样实现的：

连续的加强筋相互交叉，两条加强筋共结点的体积等于各个加强筋通过共结点的体积之和，共结点的高度与加强筋的高度相等。

共结点处加强筋呈圆角连接。

圆角的半径r与加强筋的宽度t的关系满足：

共结点处加强筋呈斜角连接。

共结点的宽度b与加强筋的宽度t的关系满足：b²-t²-2bt＝0。

为了解决现有技术中，带有共结点交叉加强筋的复合材料制品中的筋的交叉点处采用与金属结构相同的做法，即必须将共结点交叉的各组筋分别相应裁断，筋交叉处的连续性大幅降低，从而导致制品的性能大幅下降的技术问题，本发明提供了一种该类复合材料制品的结构形式，即等体积结构形式。

具体来说，本发明将共结点处筋的体积1应为与所有通过该点加强筋体积2、3的总和相等。根据等体积原则，具体提出了两种结构形式，有效的保证了共结点交叉加强筋的连续性，大幅提高FRP制品性能。

本发明的共结点交叉加强筋的复合材料制品的结构形式，称为等体积结构，保证各条加强筋纤维连续，成型方便，起到大幅提高纤维增加塑料(FRP)制品力学性能的作用。

在加强筋共结点处，根据等体积原则，使共结点处的制品的体积等于各个筋体积之和。在筋的交叉点处，采用适当的圆角或斜角。交叉点处的表面压制成与所有筋表面可等高或近似等高，即可实现纤维连续的目的。本发明的复合材料共结点交叉加强筋结构形式，适用于各条筋高、筋宽相同或不相同及各种角度加强筋的复合材料制品。

附图说明

图1-图3为本发明的第一种实施方式的两条加强筋共结点的结构示意图。

图4是为本发明的第二种实施方式的两条加强筋共结点的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。

结合图1-图3，本发明的第一种实施方式为：共结点交叉加强筋复合材料包括连续的加强筋相互交叉，共结点处加强筋呈圆角连接。第一条加强筋2与第二条加强筋3的共结点1的体积V、第一条加强筋通过共结点的体积V1、第二条加强筋通过共结点的体积V2根据等体积原则：V＝V1+V2。

第一条加强筋的宽度t1与第二条加强筋的宽度t2相等，四个圆角的半径r1、r2、r3、r4相等，即：

当t1＝t2＝t，r1＝r2＝r3＝r4＝r时，且筋高度相等时：

V＝(2r+t)²-πr²

V1＝V2＝(2r+t)t

r与t的关系： $r=\frac{1}{\sqrt{4-\mathrm{\π}}}.$

结合图4，本发明的第二种实施方式为：共结点交叉加强筋复合材料包括连续的加强筋相互交叉，共结点处加强筋呈斜角连接。第一条加强筋与第二条加强筋形成斜角结点4。

第一条加强筋的宽度t1与第二条加强筋的宽度t2相等，共结点的两个方向的宽度b1与b2也相等，即：

当t1＝t2＝t，b1＝b2＝b时，且筋高度相等时,b与r有如下关系式：

b²-t²-2bt＝0。

与现有技术相比，采用本发明所述结构形式，可以达到以下技术效果:

1、不破坏共结点筋处的纤维的连续性，提高此类结构的性能

2、交叉点处采用倒角或圆角，可大幅降低该点的应力集中。

Claims (5)

1.一种共结点交叉加强筋复合材料，其特征是：连续的加强筋相互交叉，两条加强筋共结点的体积等于各个加强筋通过共结点的体积之和，共结点的高度与加强筋的高度相等。

2.根据权利要求1所述的共结点交叉加强筋复合材料，其特征是：共结点处加强筋呈圆角连接。

3.根据权利要求2所述的共结点交叉加强筋复合材料，其特征是：圆角的半径r与加强筋的宽度t的关系满足：

4.根据权利要求1所述的共结点交叉加强筋复合材料，其特征是：共结点处加强筋呈斜角连接。

5.根据权利要求4所述的共结点交叉加强筋复合材料，其特征是：共结点的宽度b与加强筋的宽度t的关系满足：b²-t²-2bt＝0。