CN114274609A - 一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件及其多点模具成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件及其多点模具成型方法，所述组合仿生的纤维增强复合材料构件仿照红耳滑龟龟壳的三明治结构，由中间层与上、下蒙皮构成；所述中间层仿照红耳滑龟龟壳松质骨结构，采用具有孔隙结构的泡沫金属材料或三维纤维织物；所述上、下蒙皮采用仿龟壳腹侧皮层与背侧皮层、仿螳螂虾螯棒、仿鱼类鱼鳞及其组合仿生的胶原纤维铺排结构，上、下蒙皮中的纤维层数可以相等或不等；本发明通过对龟壳，螳螂虾螯棒、鱼类鳞片等自然界抗冲击结构进行组合仿生，有效提升了构件的力学性能，实现了构件结构、功能一体化，使构件能够更好地适应实际工况中的复杂应力状态。
Description
技术领域
本发明涉及新材料领域中的复合材料结构技术领域，尤其涉及一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件及其多点模具成型方法。
背景技术
在材料领域，强度与韧性是相互对立的两项性能。通过研究，人们发现夹芯板具有高比强度、高能量吸收特性及轻质的优点，可以同时满足强度与韧性的需求，因而被广泛用于轨道交通，航空航天等领域。但是，一方面随着交通运输行业的不断发展，对飞机、轨道客车及汽车等交通运输工具提出了更高的要求，另一方面在交通运输工具运行过程中需要应对更加复杂的应力状态。因此，需要对材料进行合理的重新设计以实现性能的提升。
通常，人们借助仿生学的方法，通过对自然界中典型的抗冲击生物进行研究来获取结构设计的灵感。龟类爬行动物经过约两亿年的进化形成了坚硬的甲壳，这些外壳可以保证龟类抵御捕食者的咬合，免受从高处掉落而受到的伤害。多种鱼类的鳞片也是常见的生物装甲，可以保护鱼类免受捕食者的攻击。与防御型生物不同的是，螳螂虾的螯棒可以轻易击碎贝壳而不会破坏，其螯棒具有良好的抗冲击性能。显而易见，这种源于自然的生物结构具有人工结构无法比拟的卓越性能。但是，单一的生物进化只针对于单一的环境，生物装甲的性能就会受到限制，无法进一步提升性能并满足复杂的使用环境。
因此，通过对自然界中的多种抗冲击生物进行仿生研究，辅以合理的结构设计，将多种生物的结构进行有效的复合，有利于打破单一结构抗冲击性能的限制，实现强度与韧性的共同提升，为飞机、汽车等交通运输工具在使用过程中遇到的复杂受力情况提供良好的解决办法。
发明内容
本发明提供一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件及其多点模具成型方法，通过结合多种典型生物的抗冲击结构，设计了组合仿生结构的高强韧性纤维增强复合材料构件，显著提高了夹芯板的抗冲击性能，实现了强度与韧性的同时提升，使构件可以适应交通工具在运行中受到的复杂应力。
本发明提供的一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件，包括：
构件主体，所述构件主体为仿生红耳滑龟龟壳的三明治结构；
所述构件主体形成有上蒙皮、中间层和下蒙皮；
所述上蒙皮和下蒙皮为多层纤维材料；所述上蒙皮和下蒙皮采用仿生龟壳腹侧皮层螺旋无序方式与背侧皮层0或90°正交铺排方式；或
螳螂虾螯棒镜面对称或中心对称螺旋铺排方式；或
鱼类鳞片分组铺排方式；或
多种生物组合的铺排方式；
所述中间层采用具有孔隙结构的泡沫金属材料或三维编织材料；
所述中间层为仿生红耳滑龟龟壳松质骨结构；
所述构件主体整块成型或由构件主体通过形成厚度的空间人字形缝合线单向纤维材料连接；
所述纤维材料由空间人字形缝合线处向两侧的构件主体延伸形成网格以实现包覆整体构件主体。
进一步的，所述上蒙皮、下蒙皮的纤维层以仿生龟壳的腹侧皮层与背侧皮层结构按无序方式与0或90°正交方式铺排；其中
所述无序铺排方式指纤维层的铺排方向随机，0或90°铺排方式指纤维层按0°和90°两个角度循环铺排；
进一步的，所述上蒙皮、下蒙皮中的纤维层以仿生螳螂虾的螯棒结构按螺旋方式铺排，铺排方式为镜面对称铺排与中心对称铺排；其中
所述镜面对称铺排为相邻纤维层的取向旋转一个角度α(2°<α<18°)，所述纤维层绕垂直于纤维层且过纤维层中心的旋转轴按一方向从0°逐层扭转铺排至180°、再按相反方向从180°逐层扭转铺排至0°；
所述中心对称铺排为纤维层按一方向从0°逐层扭转铺排至180°，再按相同方向从180°逐层扭转铺排至360°，其相邻纤维层的纤维取向夹角为β(2°<β<18°)。
进一步的，所述上蒙皮、下蒙皮中的纤维层以仿生巨骨舌鱼鳞片结构按多组纤维层0或90°正交方式铺排；
每组所述纤维层由多层纤维层平行排列构成，每组纤维层中的纤维取向一致；
多组所述纤维层正交铺排呈相邻两组纤维取向为0或90°正交方式铺排。
进一步的，所述上蒙皮、下蒙皮中的纤维层以仿生鲤鱼鳞片结构按多组纤维层螺旋方式铺排；
多组所述纤维层螺旋铺排为相邻两组的纤维取向成一角度δ(2°<δ<18°)，纤维层组绕垂直于纤维层且过纤维层中心的旋转轴累积旋转180°构成一个周期。
进一步的，一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件的多点模具成型方法，包括如下步骤：
步骤一：剪裁出预浸料纤维材料，按预设角度铺排；
步骤二：通过控制发泡剂含量制备出孔隙从上至下增大的泡沫金属材料，在其侧加工出人字形状；
步骤三：在完成铺排的纤维层与泡沫金属材料间加入胶膜，放入多点模具或者一体式模具中热压成型，得到三明治结构；
步骤四：使用单向纤维预浸料包覆三明治结构后，将多块三明治结构拼接组合，再次放入多点模具或者一体式模具热压成型；
步骤五：在成型好的整体三明治结构外表面涂覆软质橡胶材料，以得到纤维增强复合材料构件。
进一步的，一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件的多点模具成型方法，包括如下步骤：
步骤一：通过三维编织技术编织出中间层与上、下蒙皮一体化的三维纤维布并裁剪成需要的形状；
步骤二：在玻璃片上使用密封胶贴出正方形框、并在正方形框内喷涂脱模剂；
步骤三：将三维纤维布放置于正方形框中，配比环氧树脂并浸润三维纤维布；
步骤四：在浸润的三维纤维布上铺设打孔隔离膜、吸胶毡和真空袋膜；
步骤五：进行真空吸附并检查是否存在漏气情况，待树脂固化后得到三维纤维增强复合材料构件。
在上述技术方案中，本发明提供的一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件及其多点模具成型方法，具有以下有益效果：
1、本发明的基于组合仿生的纤维增强复合材料构件中，主体由多个三明治结构拼接而成，三明治结构的中间层为具有优良能量吸收能力的材料，表面为具有高强度的纤维增强复合材料，实现了强度与韧性的结合，强度较传统金属蒙皮大幅度提升，韧性也进一步提升；
2、本发明的基于组合仿生的纤维增强复合材料构件中，三明治结构中间层的孔隙直径具有线性的变化，在中间层受到压力发生变形后可以进一步提高强度并消耗大量能量，材料韧性较传统夹芯板进一步提升；除了优良的结构性能，中间层还具有优良的吸声性能，电磁屏蔽性能及热学性能；实现了力学性能与多功能化的结合；
3、本发明的基于组合仿生的纤维增强复合材料构件中，中间层与上下蒙皮一体化编织可以有效提高蒙皮与中间层的结合力；
4、本发明的基于组合仿生的纤维增强复合材料构件中，三明治结构蒙皮采用仿螳螂虾螯棒结构螺旋铺排，每层间纤维取向角度更小，使蒙皮更趋向各向同性；在受到外力时，蒙皮中产生的裂纹会随纤维方向改变而发生扭转，抗冲击性能较传统夹芯板进一步提升；
5、本发明的基于组合仿生的纤维增强复合材料构件中，三明治结构蒙皮采用仿巨骨舌鱼鳞片结构多组纤维正交铺排，通过与中间层间的相互作用，蒙皮的能量吸收性能较传统金属蒙皮进一步提升；
6、本发明的基于组合仿生的纤维增强复合材料构件中，三明治结构蒙皮采用仿鲤鱼鳞片结构多组纤维层双周期螺旋铺排；在螺旋铺排的基础上，每层采用了多层纤维设计，抗冲击性能和能量吸收性能大幅度提升；
7、本发明的基于组合仿生的纤维增强复合材料构件中，多块三明治板通过具有三维锯齿形的缝合线纤维材料连接，保证三明治板相互嵌套，受到外力时，缝合线纤维材料会被三明治板的硬质锯齿挤压并消耗大量能量，之后硬质锯齿相互接触提高刚度，较传统夹芯板的抗疲劳性能提升数倍；
8、本发明的基于组合仿生的纤维增强复合材料构件中，缝合线纤维将整个三明治结构包裹，保证了蒙皮与中间层间的良好结合，其蒙皮与中间层的结合性能较传统的夹芯板大幅度提升。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件及其多点模具成型方法中生物红耳滑龟的龟壳整体纵向切面微观结构示意图；
图2为本发明提供的一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件及其多点模具成型方法中生物红耳滑龟龟壳背侧皮质无序排布的纤维结构示意图；
图3为本发明提供的一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件及其多点模具成型方法中生物红耳滑龟龟壳腹侧皮质正交排布的纤维结构示意图；
图4为本发明提供的一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件及其多点模具成型方法中生物螳螂虾的螯棒微观结构示意图；
图5为本发明提供的一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件及其多点模具成型方法中生物巨骨舌鱼的鳞片微观结构示意图；
图6为本发明提供的一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件及其多点模具成型方法中生物鲤鱼的鳞片微观结构示意图；
图7为本发明提供的一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件及其多点模具成型方法中三明治结构示意图；
图8为本发明提供的实施例1中仿螳螂虾螯棒三明治结构蒙皮纤维层镜面对称螺旋铺排的结构示意图；
图9为本发明提供的实施例1中仿螳螂虾螯棒三明治结构蒙皮纤维层镜面对称螺旋铺排的结构剖面图；
图10为本发明提供的实施例1中仿螳螂虾螯棒三明治结构蒙皮纤维层中心对称螺旋铺排的结构示意图；
图11为本发明提供的实施例1中仿螳螂虾螯棒三明治结构蒙皮纤维层中心对称螺旋铺排的结构剖面图；
图12为本发明提供的实施例2中仿巨骨舌鱼鳞片三明治结构蒙皮纤维层多组纤维层正交铺排的结构示意图；
图13为本发明提供的实施例2中仿巨骨舌鱼鳞片三明治结构蒙皮纤维层多组纤维层正交铺排的结构剖面图；
图14为本发明提供的实施例3中仿鲤鱼鳞片三明治结构蒙皮纤维层多组纤维层螺旋铺排的结构示意图；
图15为本发明提供的实施例3中仿鲤鱼鳞片三明治结构蒙皮纤维层多组纤维层螺旋铺排的结构剖面图；
图16为本发明提供的一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件及其多点模具成型方法中缝合线三维空间锯齿形结构示意图；
图17为本发明提供的一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件及其多点模具成型方法中组合仿生纤维复合材料构件示意图(虚线代表纤维层)。
附图标记说明：
1、三明治结构中间层的孔隙结构；
2、仿龟壳背侧皮层三明治结构上蒙皮；
3、三明治结构中间层具有孔隙结构的泡沫金属材料或三维编织材料；
4、仿龟壳腹侧皮层三明治结构下蒙皮；
5、中平面；
6、纤维取向相同的一组纤维；
7、三维锯齿形缝合线纤维复合材料；
8、软质橡胶材料；
9、三明治结构中的纤维增强上蒙皮；
10、三明治结构中的纤维增强下蒙皮。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
参见图1～图17所示；
本发明的一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件，包括：
构件主体，构件主体为仿生红耳滑龟龟壳的三明治结构；
构件主体形成有上蒙皮、中间层和下蒙皮；
所述上蒙皮和下蒙皮为多层纤维材料；
上蒙皮和下蒙皮采用仿生龟壳腹侧皮层无序铺排方式与背侧皮层0或90°铺排方式；或
螳螂虾螯棒镜面对称或中心对称螺旋铺排方式；或
鱼类鳞片分组铺排方式；或
多种生物组合的铺排方式；
上蒙皮和下蒙皮中的纤维层数相等或不等；
中间层采用具有孔隙结构的泡沫金属材料或三维编织材料；
中间层为仿生红耳滑龟龟壳松质骨结构；其中
孔隙半径呈不均匀分布；
材料侧面边缘处无孔隙；
组合仿生的纤维增强复合材料构件整块成型；或
由构件主体通过形成厚度的空间人字形缝合线单向纤维材料连接；
纤维材料由缝合线处向两侧的构件主体延伸形成网格以实现包覆整体构件主体。
上蒙皮、下蒙皮的纤维层以仿生龟壳的腹侧皮层与背侧皮层结构按无序方式与0或90°正交方式铺排；其中
所述无序铺排方式指纤维层的铺排方向随机，0或90°铺排方式指纤维层按0°和90°两个角度循环铺排；
上蒙皮、下蒙皮中的纤维层以仿生螳螂虾的螯棒结构按螺旋方式铺排，铺排方式分为镜面对称铺排与中心对称铺排；其中
镜面对称铺排为相邻纤维层的取向旋转一个角度α(2°<α<18°)，纤维层绕垂直于纤维层且过纤维层中心的旋转轴按一方向从0°逐层扭转铺排至180°、再按相反方向从180°逐层扭转铺排至0°；
中心对称铺排为纤维层按一方向从0°逐层扭转铺排至180°，再按相同方向从180°逐层扭转铺排至360°，其相邻纤维层的纤维取向夹角为β(2°<β<18°)。
上蒙皮、下蒙皮中的纤维层以仿生巨骨舌鱼鳞片结构按多组纤维层0或90°正交方式铺排；
每组纤维层由多层纤维层平行排列构成，每组纤维层中的纤维取向一致；
多组纤维层正交铺排呈相邻两组纤维取向为0或90°正交方式铺排。
上蒙皮、下蒙皮中的纤维层以仿生鲤鱼鳞片结构按多组纤维层螺旋方式铺排；
多组纤维层螺旋铺排为相邻两组的纤维取向成一角度δ(2°<δ<18°)，纤维层组绕垂直于纤维层且过纤维层中心的旋转轴累积旋转180°构成一个周期。
组合仿生纤维增强复合材料外侧由软质橡胶材料包覆。
一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件的多点模具成型方法，其包括如下步骤：
步骤一：剪裁出预浸料纤维材料，按预设角度铺排；
步骤二：通过控制发泡剂含量制备出孔隙从上至下增大的泡沫金属材料，在其侧加工出人字形状；
步骤三：在完成铺排的纤维层与泡沫金属材料间加入胶膜，放入多点模具或者一体式模具中热压成型，得到三明治结构；
步骤四：使用单向纤维预浸料包覆三明治结构后，将多块三明治结构拼接组合，再次放入多点模具或者一体式模具热压成型；
步骤五：在成型好的整体三明治结构外表面涂覆软质橡胶材料，以得到纤维增强复合材料构件。
一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件的多点模具成型方法，包括如下步骤：
步骤一：通过三维编织技术编织出中间层与上、下蒙皮一体化的三维纤维布并裁剪成需要的形状；
步骤二：在玻璃片上使用密封胶贴出正方形框、并在正方形框内喷涂脱模剂；
步骤三：将三维纤维布放置于正方形框中，配比环氧树脂并浸润三维纤维布；
步骤四：在浸润的三维纤维布上铺设打孔隔离膜、吸胶毡和真空袋膜；
步骤五：进行真空吸附并检查是否存在漏气情况，待树脂固化后得到三维纤维增强复合材料构件。
具体的，本发明公开了一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件及其多点模具成型方法；本发明组合仿生的纤维增强复合材料构件为仿红耳滑龟龟壳的三明治结构，如图1所示；
红耳滑龟的龟壳主体为三明治结构，中间层为具有孔隙结构的松质骨(图1)；
由背侧皮层(图2)及腹侧皮层(图3)构成三明治结构的上下蒙皮，背侧与腹侧皮层均由高度矿化的胶原纤维组成；
其中，组合仿生纤维增强复合材料构件主体为三明治结构，如图5所示；中间层采用泡沫金属材料或者三维纤维织物，每个孔隙互不相连且孔隙直径由上至下逐渐增大，在受到外力碰撞或者压缩时，孔隙结构可以发生变形，消耗变形能量并随着变形量的增加而发生硬化现象进一步增强中间层刚度；分级的孔隙直径为小梁结构的变形提供了足够的空间，下方的孔隙直径较大，保证在压缩过程中，小梁结构可以进行任意地变形；对于泡沫金属中间层纤维增强复合材料构件，通过胶膜将上、下蒙皮与中间层连接；对于三维编织材料中间层纤维增强复合材料，中间层与上、下蒙皮编织直接编织为一体，有效提高中间层与上、下蒙皮间的连接强度。
本发明的基于组合仿生的纤维增强复合材料构件中，软质橡胶材料包覆整个构件，进一步提高了三明治板间的结合性能，并且这种独特的软质橡胶外层使构件能量吸收能力大幅度提升。
基于不同的生物模板，三明治结构蒙皮纤维层的铺排方式分为以下3个实施例：
实施例1：(仿螳螂虾螯棒)
本实施例中组合仿生纤维增强复合材料构件蒙皮的铺排方式采用螳螂虾螯棒的螺旋铺排结构，如图4所示。螳螂虾螯棒中的胶原纤维逐层旋转至180°形成一个周期，该结构可分为镜面对称铺排与中心对称铺排。
如图8所示，镜面对称铺排方式为纤维层绕垂直于中间层且过中间层中心的旋转轴向上逆时针螺旋铺排，向下逆时针螺旋铺排；其中相邻两层纤维取向间的夹角为α，2°＜α＜18°；α的范围由测量实际生物中胶原纤维取向所得；纤维层逐层旋转，最终总的旋转角度为180°，最上层纤维、中间层纤维与最下层纤维相互平行；蒙皮中的纤维层数与α成反比例关系；通过剖视图9可以看到仿螳螂虾螯棒的镜面对称铺排方式关于中平面对称。
如图10所示，中心对称铺排方式为纤维层绕垂直于中间平面且过中间层中心的旋转轴向上顺时针螺旋铺排，向下逆时针螺旋铺排；其中相邻两层纤维取向间的夹角为β，2°＜β＜18°；纤维层逐层累计旋转180°，最上层纤维、中间层纤维与最下层纤维相互平行；通过剖视图11可以看到仿螳螂虾螯棒的中心对称铺排方式关于中平面的中心对称。
此外，镜面对称铺排可分别向上、向下顺时针旋转；中心对称铺排可向上逆时针铺排，向下顺时针铺排。
实施例2：(仿巨骨舌鱼鳞片)
本实施例中组合仿生纤维增强复合材料构件蒙皮的铺层方式采用巨骨舌鱼鳞片的多组纤维层0或90°正交铺排结构。如图5所示，巨骨舌鱼鳞片中的胶原纤维分为两组，每两组按0或90°正交排列方式构成一个周期。
如图12所示，每组纤维层由多层纤维取向相同的纤维层铺排而成，每组纤维层中的纤维层数为X，其中2≤X≤10；由剖视图13可以看到相邻两组间的纤维取向相互垂直。
此外，在每组纤维层正交排列的基础上，组内的纤维层可以正交排列。在上层中的纤维断裂后，裂纹会被下一层中的纤维阻止而不会顺着基体继续传播。组内的纤维还可以仿照实施例1中螳螂虾的铺排方式，进一步提升材料的抗冲击性能。
实施例3：(仿鲤鱼鳞片)
本实施例中组合仿生纤维增强复合材料构件蒙皮的铺层方式采用基于鲤鱼鳞片的多组纤维层螺旋铺排结构。如图6所示，鲤鱼鳞片中的胶原纤维根据取向分为五组。每五组纤维累积旋转180°构成一个周期。
如图14所示，每组纤维层由多层纤维取向相同的纤维层铺排而成，每组纤维层中的纤维层数为Y，其中2≤Y≤10。相邻两组纤维以垂直于纤维层且过纤维层中心为旋转轴旋转铺排，相邻两组间的纤维取向的夹角为δ，2°＜δ＜18°。多组纤维累计螺旋180°。最终，最上层的纤维组与最下层的纤维组相互平行，如图15所示。
此外，每组纤维的纤维层可以正交排列或者按照实施例1中的方式螺旋排列。每组纤维的螺旋角可以不同于组间的螺旋角或者组间可以选用不同的铺排角度。
三明治结构中的上、下蒙皮可以使用上述三种结构中的任意一种或两种铺排方式以满足实际的性能要求。
如图16所示，组合仿生纤维增强复合材料构件中的三明治结构通过三维锯齿形状嵌套。在中间层材料的边缘无孔隙，保证在缝合线结构处中间层的强度，实现与缝合线材料的强韧结合。
如图17所示，本发明中组合仿生的纤维增强复合材料构件由多个三明治结构组成，多块三明治板通过三维锯齿形结构相互嵌套并由缝合线纤维材料连接。缝合线纤维材料为具有一定厚度的空间三维锯齿形纤维复合材料，通过锯齿状突起高度a(0mm<a<5mm)，缝合线材料厚度b(0.2mm<b<1mm)，及锯齿状突起角度γ(9.4°<γ<27.8°)三个参数控制具体形状。缝合线材料在受到外界载荷后，可以使三明治结构进行一定程度的浮动，允许整体材料对载荷做出有效反应而起到缓冲作用。缝合线与硬质的三明治中间层复合实现了缝合线结构处的强韧结合，将裂纹有效地限制在缝合线材料中并延长裂纹扩展路径，阻碍裂纹的不断扩展。缝合线纤维材料在填充相邻三明治板间的三维锯齿形间隙后，向三明治蒙皮横向延伸，最终覆盖整个三明治结构。因此，整个纤维增强复合材料构件为一个由缝合线纤维材料构成的网格，网格内部为三明治结构。
组合仿生纤维增强复合材料构件外侧由软质橡胶材料包覆；软质橡胶材料应当较薄且其刚度低于缝合线纤维材料。因此，不同于外层较硬的防护结构，在组合仿生纤维增强复合材料构件外侧形成了软-软-硬的防护结构，可以显著提高能量吸收能力
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (7)
1.一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件，其特征在于，包括：
构件主体，所述构件主体为仿生红耳滑龟龟壳的三明治结构；
所述构件主体形成有上蒙皮、中间层和下蒙皮；
所述上蒙皮和下蒙皮为多层纤维材料；
所述上蒙皮和下蒙皮采用仿生龟壳腹侧皮层无序铺排方式与背侧皮层0或90°正交铺排方式；或
螳螂虾螯棒镜面对称或中心对称螺旋铺排方式；或
鱼类鳞片分组铺排方式；或
多种生物组合的铺排方式；
所述中间层为具有孔隙结构的泡沫金属材料或三维编织材料；所述中间层为仿生红耳滑龟龟壳松质骨结构；
所述构件主体整块成型或构件主体通过形成厚度的空间人字形缝合线单向纤维材料连接；
所述纤维材料由空间人字形缝合线处向两侧的构件主体延伸形成网格以实现包覆整体构件主体。
2.如权利要求1所述一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件，其特征在于：
所述上蒙皮、下蒙皮的纤维层以仿生龟壳的腹侧皮层与背侧皮层结构按无序方式与0或90°正交方式铺排；其中
所述无序铺排方式指纤维层的铺排方向随机，0或90°铺排方式指纤维层按0°和90°两个角度循环铺排。
3.如权利要求1所述一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件，其特征在于：
所述上蒙皮、下蒙皮中的纤维层以仿生螳螂虾的螯棒结构按螺旋方式铺排，铺排方式为镜面对称铺排与中心对称铺排；其中
所述镜面对称铺排为相邻纤维层的取向旋转一个角度α(2°<α<18°)，所述纤维层绕垂直于纤维层且过纤维层中心的旋转轴按一方向从0°逐层扭转铺排至180°、再按相反方向从180°逐层扭转铺排至0°；
所述中心对称铺排为纤维层按一方向从0°逐层扭转铺排至180°，再按相同方向从180°逐层扭转铺排至360°，其相邻纤维层的纤维取向夹角为β(2°<β<18°)。
4.如权利要求1所述一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件，其特征在于：
所述上蒙皮、下蒙皮中的纤维层以仿生巨骨舌鱼鳞片结构按多组纤维层0或90°正交方式铺排；
每组所述纤维层由多层纤维层平行排列构成，每组纤维层中的纤维取向一致；
多组所述纤维层正交铺排呈相邻两组纤维取向为0或90°正交方式铺排。
5.如权利要求1所述一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件，其特征在于：
所述上蒙皮、下蒙皮中的纤维层以仿生鲤鱼鳞片结构按多组纤维层螺旋方式铺排；
多组所述纤维层螺旋铺排为相邻两组的纤维取向成一角度δ(2°<δ<18°)，纤维层组绕垂直于纤维层且过纤维层中心的旋转轴累积旋转180°构成一个周期。
6.如权利要求1所述的一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件的多点模具成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：剪裁出预浸料纤维材料，按预设角度铺排；
步骤二：通过控制发泡剂含量制备出孔隙从上至下增大的泡沫金属材料，在其侧加工出人字形状；
步骤三：在完成铺排的纤维层与泡沫金属材料间加入胶膜，放入多点模具或者一体式模具中热压成型，得到三明治结构；
步骤四：使用单向纤维预浸料包覆三明治结构后，将多块三明治结构拼接组合，再次放入多点模具或者一体式模具热压成型；
步骤五：在成型好的整体三明治结构外表面涂覆软质橡胶材料，以得到纤维增强复合材料构件。
7.如权利要求1所述的一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件的多点模具成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：通过三维编织技术编织出中间层与上、下蒙皮一体化的三维纤维布并裁剪成需要的形状；
步骤二：在玻璃片上使用密封胶贴出正方形框、并在正方形框内喷涂脱模剂；
步骤三：将三维纤维布放置于正方形框中，配比环氧树脂并浸润三维纤维布；
步骤四：在浸润的三维纤维布上铺设打孔隔离膜、吸胶毡和真空袋膜；
步骤五：进行真空吸附并检查是否存在漏气情况，待树脂固化后得到三维纤维增强复合材料构件。
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