CN108061238A - 一种碳纤维加筋圆筒结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳纤维加筋圆筒结构，属于复合材料领域。碳纤维加筋圆筒结构，采用纵横交错的筋条形成网状结构，并在表面缠绕预浸料布带形成蒙皮结构。纵横筋为0°方向连续纤维，纵筋到根部位置形成扁平斜坡，并穿插到蒙皮内部。蒙皮采用准各向同性铺层，0°，±45°，90°铺层比例为25:50:25。蒙皮翻边形成法兰，并在纵筋根部位置局部加厚。本发明的有益效果是，充分发挥碳纤维复合材料比强度大、比模量高、耐疲劳、抗腐蚀的优点，进而得到性能优越的碳纤维加筋圆筒结构，并通过精巧的结构设计大幅提高加筋圆筒结构承受轴压，弯曲等外载荷能力。

Description

一种碳纤维加筋圆筒结构
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体地说是一种碳纤维加筋圆筒结构。
背景技术
众所周知，加筋圆筒结构是典型的能够承受轴压，弯曲，扭转等力学性能要求的轻质结构，在航天和航空领域具有广泛的应用。以往制造加筋圆筒结构多采用铸铝或锻铝机加工，也有采用复合材料制造的，但都存在重量较重，承载能力较弱等缺点。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种重量轻、强度高、刚性好、耐疲劳、抗腐蚀的加筋圆筒结构。
本发明提供的技术方案是：
一种碳纤维加筋圆筒结构，采用纵横筋网状结构，外部用碳纤维预浸料布带缠绕成型制造蒙皮，纵横筋采用0度方向连续纤维，蒙皮采用了准各向同性铺层，0°，±45°，90°铺层比例为25:50:25，纵横筋在交叉节点上设计有精确的R角，保证成型过程中纵横筋纤维连续不间断，纵筋根部位置形成扁平斜坡,斜坡呈梯形，上窄下宽，下部宽度根据计算得到，具体方法是：斜坡下部宽度为纵筋横剖面面积除以蒙皮增厚区厚度，斜坡根部纤维穿插到蒙皮内部，蒙皮在纵筋根部位置局部加厚，并翻边形成法兰结构。
所述法兰结构开有连接用的螺栓孔。
本发明的有益效果是，充分发挥碳纤维复合材料比强度高、比模量大、耐疲劳、抗腐蚀的优点，进而得到性能优越的加筋圆筒结构，在保证相同承力条件下，能够使加筋圆筒结构较同类金属产品减重40%~60%。
另外，本发明中，通过特殊的设计，使得纤维缠绕过程能够做到纵横筋连续，充分发挥纤维强度，纵筋与蒙皮深度包裹融合，根部受力恶劣区域得到有效加强。该种方法应用到航天器上，将大幅提高航天器结构强度和有效寿命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明加筋圆筒结构局部剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
参见图1，本发明加筋圆筒结构由纵横筋和蒙皮组成。采用纵横筋网状结构，外部用碳纤维预浸料布带缠绕成型制造蒙皮，纵横筋采用0度方向连续纤维，蒙皮采用了准各向同性铺层，0°，±45°，90°铺层比例为25:50:25，纵横筋在交叉节点上设计有精确的R角，保证成型过程中纵横筋纤维连续不间断，纵筋根部位置形成扁平斜坡,斜坡呈梯形，上窄下宽，下部宽度根据计算得到，具体方法是：斜坡下部宽度为纵筋横剖面面积除以蒙皮增厚区厚度，斜坡根部纤维穿插到蒙皮内部，蒙皮在纵筋根部位置局部加厚，并翻边形成法兰结构，法兰上开有螺栓孔，与外界进行连接。如图2所示，纵横筋交叉点设计有精确的R角，纵横筋纤维厚度之和刚好能填实由R角1形成的体积空间，使得交叉点纤维能够做到纵横连续。纵筋根部设计有过渡斜坡2，纵筋纤维延伸插入蒙皮增厚区3，提高筋条与蒙皮结合力。
本实施例的制造过程是：首先设计有带沟槽的模具，在模具沟槽内铺贴缠绕0°连续纤维，形成纵横筋，在铺贴纵筋的过程中，将蒙皮增厚区铺层与纵筋铺层穿插，形成一体，最后在带有纵横筋的模具表面按照铺层顺序缠绕蒙皮。

Claims (2)

1.一种碳纤维加筋圆筒结构，其特征在于，采用纵横筋网状结构，外部用碳纤维预浸料布带缠绕成型制造蒙皮，纵横筋采用0度方向连续纤维，蒙皮采用了准各向同性铺层，0°，±45°，90°铺层比例为25:50:25，纵横筋在交叉节点上设计有精确的R角，保证成型过程中纵横筋纤维连续不间断，纵筋根部位置形成扁平斜坡,斜坡呈梯形，上窄下宽，下部宽度根据计算得到，具体方法是：斜坡下部宽度为纵筋横剖面面积除以蒙皮增厚区厚度，斜坡根部纤维穿插到蒙皮内部，蒙皮在纵筋根部位置局部加厚，并翻边形成法兰结构。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维加筋圆筒结构，其特征在于，所述法兰结构开有连接用的螺栓孔。
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