CN112391732B - 一种三维编织异形梁及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维编织异形梁及其制备方法，包括以下步骤：步骤1：相邻两个矩形梁的交接面间隔一行携纱器位置，定义为纱线交换区；步骤2：各矩形梁上下表面含有边纱的列向无边纱的方向运动一个携纱器位置；步骤3：将步骤2中运动到纱线交换区的纱携纱器按照步骤2的运动方向继续移动一个携纱器位置；步骤4：各矩形梁左右表面含有边纱的行向无边纱的方向运动一个携纱器位置；步骤5：各列携纱器沿着与步骤2相反方向运动一个携纱器位置；步骤6：将步骤5中运动到纱线交换区的纱携纱器按照步骤5的运动方向继续移动一个携纱器位置；步骤7：各行携纱器沿着与步骤4相反方向运动一个携纱器位置；步骤8：重复步骤2至7直至完成制备。

Description

一种三维编织异形梁及其制备方法

技术领域

本发明属于三维编织技术领域，具体为一种三维编织异形梁及其制备方法。

背景技术

三维编织结构预制体由于其在空间中纱线多向取向、相互交织，整体性好且可实现净尺寸成型，是高性能纤维复合材料增强结构的重要形式。三维编织技术可以制备不同形状及尺寸的异形梁结构，如工字梁、T型梁、十字梁、井形梁等。通常将纱线按照梁的形状排布，通过四步法编织技术实现异形梁的制备，例如专利CN 106149167 B和专利CN10245044 A通过矩形组合排列形成异形梁相似形状，采用四步法编织形成梁结构。四步法编织纱线的排布由主体纱线和边纱组成，其中边纱在主体纱线外围间隔排列，在异形梁中各组合梁连接处存在一侧共用边纱情况，因此纱线在组合梁间通过主体纱线和一侧边纱进行传递，由于单侧边纱传递导致梁两侧相对于交接区不对称，当面板受压时，不对称的两侧面板所受合力不同，产生扭矩，从而易引起腹板产生弯曲变形，失稳损坏。

发明内容

本发明旨在提供一种三维编织异形梁及其制备方法，以解决现有技术中存在组合梁间面板不对称从而产生扭矩、导致腹板容易弯曲变形、失稳破坏的问题。

为实现以上目的的技术解决方案如下：

一种三维编织异形梁的制备方法，所述异形梁包括至少两个矩形梁，所述异形梁通过所述矩形梁垂直组合形成，当相邻垂直的矩形梁上下分布时，所述方法包括以下步骤：

步骤1：纱线初始状态布置：各所述矩形梁按照设计行列进行纱线排布，相邻两个矩形梁的交接面间隔一行携纱器位置，定义为纱线交换区；

步骤2：第一上下运动：各矩形梁携纱器独立进行上下运动，各矩形梁上下表面含有边纱的列向无边纱的方向运动一个携纱器位置；

步骤3：上下梁间纱线第一交换运动：将步骤2中运动到纱线交换区的纱携纱器按照步骤2的运动方向继续移动一个携纱器位置，从而实现主体纱线在相邻矩形梁间的交换；

步骤4：第一左右运动：各矩形梁携纱器独立进行左右运动，各矩形梁左右表面含有边纱的行向无边纱的方向运动一个携纱器位置；

步骤5：第二上下运动：各矩形梁携纱器独立进行上下运动，各列携纱器沿着与步骤2相反方向运动一个携纱器位置；

步骤6：上下梁间纱线第二交换运动：将步骤5中运动到纱线交换区的纱携纱器按照步骤5的运动方向继续移动一个携纱器位置，从而实现主体纱线在相邻矩形梁间的交换；

步骤7：第二左右运动：各矩形梁携纱器独立进行左右运动，各行携纱器沿着与步骤4相反方向运动一个携纱器位置；

步骤8：重复步骤2至步骤7直至完成所述异形梁的制备。

一种三维编织异形梁的制备方法，所述异形梁包括至少两个矩形梁，所述异形梁通过所述矩形梁垂直组合形成，当相邻垂直的矩形梁左右分布时，所述方法包括以下步骤：

步骤1：纱线初始状态布置：各所述矩形梁按照设计行列进行纱线排布，相邻两个矩形梁的交接面间隔一行携纱器位置，定义为纱线交换区；

步骤2：第一左右运动：各矩形梁携纱器独立进行左右运动，各矩形梁左右表面含有边纱的行向无边纱的方向运动一个携纱器位置；

步骤3：左右梁间纱线第一交换运动：将步骤2中运动到纱线交换区的纱携纱器按照步骤2的运动方向继续移动一个携纱器位置，从而实现主体纱线在相邻矩形梁间的交换；

步骤4：第一上下运动：各矩形梁携纱器独立进行上下运动，各矩形梁上下表面含有边纱的列向无边纱的方向运动一个携纱器位置；

步骤5：第二左右运动：各矩形梁携纱器独立进行左右运动，各行携纱器沿着与步骤2相反方向运动一个携纱器位置；

步骤6：左右梁间纱线第二交换运动：将步骤5中运动到纱线交换区的纱携纱器按照步骤5的运动方向继续移动一个携纱器位置，从而实现主体纱线在相邻矩形梁间的交换；

步骤7：第二上下运动：各矩形梁携纱器独立进行左右运动，各列携纱器沿着与步骤4相反方向运动一个携纱器位置；

步骤8：重复步骤2至步骤7直至完成所述异形梁的制备。

进一步地，所述步骤1中各所述矩形梁在行方向和列方向间隔布置边纱。

进一步地，所述步骤1中相邻两个矩形梁之间不共用边纱。

进一步地，所述步骤3和步骤6中的继续移动一个携纱器位置的纱不包括边纱。

进一步地，所述步骤1中各所述矩形梁在纱线交换区两侧的区域宽度相同。

进一步地，所述步骤1中各所述矩形梁在纱线交换区两侧的区域宽度为六列或六行携纱器宽度。

进一步地，所述纱线交换区的宽度为两列或两行携纱器宽度。

一种三维编织异形梁，所述异形梁采用上述的方法制备得到。

进一步地，所述异形梁为T型梁或工字形梁或十字形梁或井形梁或田形梁。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明纱线布置时相邻垂直矩形梁间间隔一个携纱器距离，从而保证相邻矩形梁在纱线交换区一侧边纱不共用，从而使得相邻垂直梁间的连接只通过主体纱交换实现，避免由于一侧边纱连接，另一侧边纱不连接，导致面板梁相对于交接区左右不对称而导致的面板受力时两侧由于受力不匀产生扭矩，从而导致腹板易于弯曲变形、失稳破坏的问题；

(2)在通过合理布纱后，结合四步法编织技术，增加交接区纱线的两次交换运动，使得主体纱线在相邻垂直梁间均匀连接。

附图说明

图1为T型梁改进前起始布纱示意图。

图2为T型梁改进后起始布纱示意图。

图3为T型梁编织第一上下运动示意图。

图4为T型梁编织第一交换运动示意图。

图5为T型梁编织第一左右运动示意图。

图6为T型梁编织第二上下运动示意图。

图7为T型梁编织第二交换运动示意图。

图8为T型梁编织第二左右运动示意图。

图9为T型梁其中一根纱线运动图。

图10为工字形梁改进前起始布纱示意图。

图11为工字形梁改进后起始布纱示意图。

图12为工字形梁编织第一上下运动示意图。

图13为工字形梁编织第一交换运动示意图。

图14为工字形梁编织第一左右运动示意图。

图15为工字形梁编织第二上下运动示意图。

图16为工字形梁编织第二交换运动示意图。

图17为工字形梁编织第二左右运动示意图。

图18为工字形梁其中一根纱线运动图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例公开了一种三维编织T型梁预制体及其制备方法。当然，预制体的形状也可以是其它矩形组合的异形结构，如工字形，十字形，井形，田形等组合结构。

与现有技术三维编织异形件制备不同，本发明的三维编织异形梁预制体是通过改变起始布纱方式及纱线的运动，实现相邻垂直梁间通过主体纱线交换实现连接，避免现有技术中除了主体纱线在梁间传递外，纱线在相邻梁交接区的一侧边纱中传递，导致面板相对于交接区两侧不对称问题，进而导致两侧受力不匀，产生扭矩，腹板易于弯曲变形，易于损坏。

如图1为现有技术中一种T型梁的起始排纱示意图，包含两个矩形区域P11和P12，其中矩形P11为面板，其排纱尺寸为[3,14]，即3行14列，矩形P12为腹板，其排纱尺寸为[6,2]，即6行2列，两个矩形间紧密连接，交接面为矩形P11对应主体纱线携纱器45、46与矩形P12对应主体纱线携纱器59、60相连接位置。在两个矩形区域周围除交接面外行方向和列方向间隔布置边纱，边纱在每列及每行两侧，如矩形P11对应C2列的边纱为53，C3列对应的边纱为1；同理，矩形P11的第R2行对应的边纱为8，R3行对应的边纱为37。其中边纱56(B11)既为矩形P11的C10列对应的边纱，同时又为矩形P12的R5行对应的边纱，即56(B11)为共用边纱，因此在相邻矩形梁P11和P12间的连接除了主体纱线交接处进行外，在共用边纱56(B11)处同样进行纱线传递。对于矩形P11，其与矩形P12交接区A12对应的携纱器为主体纱45、46和47携纱器所在列，除了交接区A12，两侧区域为A11和A13，其中A11对应6列携纱器(39～44)宽度，而A13对应5列携纱器(48～52)宽度，显然A11与A13宽度不同。现有技术中相邻矩形梁间纱线传递位置包含两个位置主体纱和一侧边纱，由于主体纱和边纱运动方式不同，会导致交接区受力不匀，同时由于仅一侧边纱连接导致面板P11相对于交接区两侧板宽度不同。

为了解决现有技术缺陷，本发明优化排纱方式，纱线初始状态布置L1如图2所示，在梁P11和梁P12交接面间隔一行携纱器位置，定义为纱线交换区J11，此时，56(B11)为矩形P11的C10列对应的边纱，61(B12)为矩形P12的R6行对应的边纱，即在两个矩形交接区不再有共用边纱情况，两个矩形边纱相互独立，纱线在交接面传递时仅通过主体纱。对于矩形P11，其与P12交接区A12为携纱器45和46对应的2列宽度，两侧区域A11(39～44列)和A13(47～52列)区域宽度相同，均为6列携纱器宽度。通过本发明排纱的改进，既解决了由于相邻梁共用一侧边纱引起梁的不对称问题，也提高界面连接均匀性。

图3-8为本例T型梁编织的6步运动图，具体运动如下：

第1步(图3)：上下运动，矩形梁P11和P12的携纱器独立进行上下运动，上下表面含有边纱列向无边纱列运动一个携纱器位置，如矩形P11的C2列向上运动一个携纱器距离，C3列向下运动一个携纱器距离，其它列运动以此类推；矩形P12对应C8列向上运动一个携纱器距离，C9列向下运动一个携纱器位置。有两个主体携纱器59和46运动到交接区J11。

第2步(图4)：上下梁间纱线交换运动，将第1步中运动到组合梁交接区的主体纱携纱器59和46按照第1步运动方向继续移动一个携纱器位置，即原矩形P12主体中携纱器59运动到矩形P11主体中，原矩形P11主体中携纱器46运动到矩形P12主体中，从而实现主体纱线在相邻组合梁间的交换；

第3步(图5)：左右运动，各矩形梁携纱器独立进行左右运动，左右表面含有边纱行向无边纱方向运动一个携纱器位置，如矩形P11的R2行向右运动一个携纱器距离，相邻行R3行向左移动一个携纱器距离，其它行以此类推；

第4步(图6)：上下运动，各矩形梁携纱器独立进行上下运动，各列携纱器沿着与第1步相反方向运动一个携纱器位置，如矩形P11的C2列向下运动一个携纱器距离，C3列向上运动一个携纱器距离，其它列运动以此类推；矩形P12对应C8列向下运动一个携纱器距离，C9列向上运动一个携纱器位置。有两个主体携纱器28和61运动到纱线交换区J11。

第5步(图7)：上下梁间纱线交换运动，将第4步中运动到组合梁交接区的主体纱携纱器28和61按照第4步运动方向继续移动一个携纱器位置，即原矩形P12主体中携纱器61运动到矩形P11主体中，原矩形P11主体中携纱器28运动到矩形P12主体中，从而实现主体纱线在相邻组合梁间的交换；

第6步(图8)：左右运动，各矩形梁携纱器独立进行左右运动，各行携纱器沿着与第3步相反方向运动一个携纱器位置，如矩形P11的R2行向左运动一个携纱器距离，相邻行R3行向右移动一个携纱器距离，其它行以此类推。

经过多次上述循环即可获得所需T型梁预制体，如图9所示一根纱线M1经过多次运动后在两个矩形梁间的运动路径，在两个梁间形成连接。

实施例2

本实施例公开了一种三维编织工字梁预制体及其制备方法。如图10为现有技术中一种工字梁的起始排纱示意图，其由三个矩形区域组成：矩形P21、P22和P23，其中P21和P23为面板，P22为腹板。矩形P21排纱尺寸为[4,14],即4行14列；矩形P22排纱尺寸为[8,4]，即8行4列；矩形P23排纱尺寸与P21排纱尺寸相同。边纱布纱方式与例1相同，除了相邻矩形交界面外行方向和列方向间隔布置边纱。该工字梁的排纱方式在相邻矩形梁交接区仍会出现共用边纱现象，其中边纱70(B21)为矩形P21的C6列和矩形P22的R6行共用边纱，边纱115(B22)为矩形P23的C11列和矩形22的R13行的共用边纱，由于两个交接面一侧的共用边纱同样导致梁的不对称问题，即矩形P21两侧面板A21和A23宽度不同，A21对应4列携纱器，A23对应5列携纱器；矩形P23两侧面板A24和A26宽度不同，A24对应5列携纱器宽度，A26对应4列携纱器宽度。现有技术中工字梁上下面板P21和P23相对于腹板P22由于一侧共用边纱导致不对称，从而使得梁受力不均匀，产生扭矩，腹板易于弯曲，导致失稳破坏。

为了解决上述工字梁面板的不对称问题，本发明优化工字梁的排纱方式，纱线初始状态布置如图11所示，在矩形P21和矩形P22交界面间隔一行携纱器位置J21,同样在矩形P23和矩形P22交界面间隔一行携纱器位置J22,从而保证在相邻交接梁间无共用边纱，优化后的排纱可见边纱70(B21)为矩形P21的C6列边纱，73(B23)为矩形P22的R7行边纱，112(B24)为矩形P22的R14行对应的边纱，115(B22)为矩形P23的C11列对应的边纱，两处交界面边纱均独立排列，从而避免共用边纱导致梁不对称问题。

图12～17为本例工字梁编织的6步运动图，具体运动如下：

第1步(图12)：上下运动，矩形梁P21、P22和P23的携纱器独立进行上下运动，上下表面含有边纱列向无边纱列运动一个携纱器位置，如矩形P21的C2列向上运动一个携纱器距离，C3列向下运动一个携纱器距离，其它列运动以此类推；矩形P22对应C8列向上运动一个携纱器距离，C9列向下运动一个携纱器位置。原矩形P21中携纱器58和60及原矩形P22中携纱器75和77均运动到交接区J21中,同样原矩形P23中携纱器125和127及原矩形P22中携纱器108和110均运动到交接区J22。

第2步(图13)：上下梁间纱线交换运动，将第1步中运动到组合梁交接区的主体纱携纱器按照第1步运动方向继续移动一个携纱器位置，即原矩形P21中携纱器58和60运动到矩形P22中，原P22中携纱器75和77运动到矩形P21中，原矩形P23中携纱器125和127运动到矩形P22中，原矩形P22中携纱器108和110运动到矩形P23中，从而实现主体纱线在相邻组合梁间的交换；

第3步(图14)：左右运动，各矩形梁携纱器独立进行左右运动，左右表面含有边纱行向无边纱方向运动一个携纱器位置，如矩形P21的R2行向右运动一个携纱器距离，相邻行P3行向左移动一个携纱器距离，其它行以此类推；

第4步(图15)：上下运动，各矩形梁携纱器独立进行上下运动，各列携纱器沿着与第1步相反方向运动一个携纱器位置。原矩形P21中携纱器46和48及原矩形P22中携纱器73和79均运动到交接区J21中,同样原矩形P23中携纱器137和139及原矩形P22中携纱器106和112均运动到交接区J22。

第5步(图16)：上下梁间纱线交换运动，将第4步中运动到组合梁交接区的主体纱携纱器73、46、79、48、137、106、139和112按照第4步运动方向继续移动一个携纱器位置，即原矩形P21中携纱器46和48运动到矩形P22中，及原矩形P22中携纱器73和79运动到矩形P21中，,同样原矩形P23中携纱器137和139运动到矩形P22中，原矩形P22中携纱器106和112运动到矩形P23中，从而实现主体纱线在相邻组合梁间的交换；

第6步(图17)：左右运动，各矩形梁携纱器独立进行左右运动，各行携纱器沿着与第3步相反方向运动一个携纱器位置，如矩形P21的R2行向左运动一个携纱器距离，相邻行R3行向右移动一个携纱器距离，其它行以此类推。

经过多次上述循环即可获得所需工字梁预制体，如图18所示一根纱线M2经过多次运动后在三个矩形梁间的运动路径，在相邻梁间形成连接。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种三维编织异形梁的制备方法，所述异形梁包括至少两个矩形梁，所述异形梁通过所述矩形梁垂直组合形成，其特征在于，当相邻垂直的矩形梁上下分布时，所述方法包括以下步骤：

步骤1：纱线初始状态布置：各所述矩形梁按照设计行列进行纱线排布，相邻两个矩形梁的交接面间隔一行携纱器位置，定义为纱线交换区，各所述矩形梁在行方向和列方向间隔布置边纱，相邻两个矩形梁之间不共用边纱；

步骤2：第一上下运动：各矩形梁携纱器独立进行上下运动，各矩形梁上下表面含有边纱的列向无边纱的方向运动一个携纱器位置；

步骤3：上下梁间纱线第一交换运动：将步骤2中运动到纱线交换区的纱携纱器按照步骤2的运动方向继续移动一个携纱器位置，从而实现主体纱线在相邻矩形梁间的交换；

步骤4：第一左右运动：各矩形梁携纱器独立进行左右运动，各矩形梁左右表面含有边纱的行向无边纱的方向运动一个携纱器位置；

步骤5：第二上下运动：各矩形梁携纱器独立进行上下运动，各列携纱器沿着与步骤2相反方向运动一个携纱器位置；

步骤6：上下梁间纱线第二交换运动：将步骤5中运动到纱线交换区的纱携纱器按照步骤5的运动方向继续移动一个携纱器位置，从而实现主体纱线在相邻矩形梁间的交换；

步骤7：第二左右运动：各矩形梁携纱器独立进行左右运动，各行携纱器沿着与步骤4相反方向运动一个携纱器位置；

步骤8：重复步骤2至步骤7直至完成所述异形梁的制备。

2.一种三维编织异形梁的制备方法，所述异形梁包括至少两个矩形梁，所述异形梁通过所述矩形梁垂直组合形成，其特征在于，当相邻垂直的矩形梁左右分布时，所述方法包括以下步骤：

步骤1：纱线初始状态布置：各所述矩形梁按照设计行列进行纱线排布，相邻两个矩形梁的交接面间隔一行携纱器位置，定义为纱线交换区，各所述矩形梁在行方向和列方向间隔布置边纱，相邻两个矩形梁之间不共用边纱；

步骤2：第一左右运动：各矩形梁携纱器独立进行左右运动，各矩形梁左右表面含有边纱的行向无边纱的方向运动一个携纱器位置；

步骤3：左右梁间纱线第一交换运动：将步骤2中运动到纱线交换区的纱携纱器按照步骤2的运动方向继续移动一个携纱器位置，从而实现主体纱线在相邻矩形梁间的交换；

步骤4：第一上下运动：各矩形梁携纱器独立进行上下运动，各矩形梁上下表面含有边纱的列向无边纱的方向运动一个携纱器位置；

步骤5：第二左右运动：各矩形梁携纱器独立进行左右运动，各行携纱器沿着与步骤2相反方向运动一个携纱器位置；

步骤6：左右梁间纱线第二交换运动：将步骤5中运动到纱线交换区的纱携纱器按照步骤5的运动方向继续移动一个携纱器位置，从而实现主体纱线在相邻矩形梁间的交换；

步骤7：第二上下运动：各矩形梁携纱器独立进行左右运动，各列携纱器沿着与步骤4相反方向运动一个携纱器位置；

步骤8：重复步骤2至步骤7直至完成所述异形梁的制备。

3.根据权利要求1或2所述的三维编织异形梁的制备方法，其特征在于，所述步骤3和步骤6中的继续移动一个携纱器位置的纱不包括边纱。

4.根据权利要求1或2所述的三维编织异形梁的制备方法，其特征在于，所述步骤1中各所述矩形梁在纱线交换区两侧的区域宽度相同。

5.根据权利要求4所述的三维编织异形梁的制备方法，其特征在于，所述步骤1中各所述矩形梁在纱线交换区两侧的区域宽度为六列或六行携纱器宽度。

6.根据权利要求1或2所述的三维编织异形梁的制备方法，其特征在于，所述纱线交换区的宽度为两列或两行携纱器宽度。

7.一种三维编织异形梁，其特征在于，所述异形梁采用如权利要求1-6任一项所述的方法制备得到。

8.根据权利要求7所述的三维编织异形梁，其特征在于，所述异形梁为T型梁或工字形梁或十字形梁或井形梁或田形梁。

Images