CN115570805A - 复合材料格栅筒及复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法 - Google Patents

复合材料格栅筒及复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种复合材料格栅筒及复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法，纵向加强筋与环向加强筋采用等纤维体积含量设计，纤维缠绕时在格栅筒端部增加旋转角度补偿，实现纵向加强筋与环向加强筋同步缠绕；环向加强筋与纵向加强筋所采用的纤维可以连续缠绕，避免纤维剪断；环向加强筋与纵向加强筋交织点处增加R角，实现纤维展纱，保证纤维体积含量均化；外模采用一定刚度的均压板，使加强筋交织点与周围产生压力梯度，使纤维均匀从交织点向四周铺展。复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕且纤维连续不断，保证了加强筋交织点与本体纤维体积含量均化，实现了加强筋高承载性能，提高了复合材料格栅筒的整体刚度。

Description

复合材料格栅筒及复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法
技术领域
本发明涉及复合材料成型领域，具体地，涉及复合材料格栅筒及复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法。
背景技术
复合材料具有可设计性强、质量轻、强度高、模量高等优势，越来越多的复合材料结构件被广泛应用于航空、航天、汽车、体育等各个领域。在诸多复合材料结构件中，复合材料格栅结构具有轴向的刚度大、结构稳定性强、载荷质量比高的特点。复合材料格栅筒可以实现一体化缠绕，也可以实现网格加强筋和蒙皮共固化成型。与夹层结构相比，可靠性高，多次承载下不降低结构的承载能力，且自动化的纤维缠绕工艺降低了生产成木。复合材料格栅筒是一种具有很大发展潜力的新型结构型式在航空、航天领域的应用得到大力推广。为了应对大尺寸、大承载特点的复合材料格栅结构件的应用，提高其结构效率，开展复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕具有重要意义。
专利文献CN207260123U(申请号：201721277362.0)公开了一种纤维复合材料格栅。该纤维复合材料格栅包括沿横向方向间隔设置的多个第一条带，以及沿纵向方向间隔地设置于多个第一条带上的多个第二条带；且每个第一条带和每个第二条带均包括多个纤维复合材料筋，多个纤维复合材料筋在同一面上排列；且每个纤维复合材料筋包括沿一直线方向延伸的本体，以及螺旋缠绕于本体的两个筋条，两个筋条相对于本体，缠绕方向相反，以使两个筋条形成多个交叉点。
本发明中格栅筒纵向加强筋与环向加强筋采用等纤维体积含量设计，纤维缠绕时在格栅筒端部增加旋转角度补偿，可以实现纵向加强筋与环向加强筋同步缠绕。格栅筒网格加强筋同步缠绕且纤维连续不断，保证了加强筋交织点与本体纤维体积含量均化，实现了加强筋高承载性能，提高了复合材料格栅筒的整体刚度。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种复合材料格栅筒及复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法。
根据本发明提供的一种复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法，包括：使用数控缠绕机设备夹持中心轴3，实现纵向加强筋1与环向加强筋2同步缠绕及连续缠绕。
优选地，所述中心轴3两端与数控缠绕机设备转接轴装配的连接接口连接，所有环向加强筋与所有纵向加强筋同步缠绕及连续缠绕，纤维连续不断，所有纵向加强筋缠绕一个完整循环时，所有环向加强筋与纵向加强筋缠绕相同纤维量。
优选地，所述纵向加强筋1与所述环向加强筋2采用等纤维体积含量设计。
优选地，所述纵向加强筋1与所述环向加强筋2的纤维体积含量相等，法向截面相同，其纤维体积含量为55％-65％。
优选地，在纵向加强筋交织点4和纵向加强筋与环向交织点5分别增加R角，保证压力梯度设计，实现纤维体积含量均化；
所述增加R角是根据单根网格筋的宽度以及纤维体积含量，并结合压力梯度设计计算得到的。
优选地，在格栅筒端部增加旋转角度补偿，保证所述环向加强筋2与所述纵向加强筋1缠绕纤维量保持一致。
优选地，所述纵向加强筋交织点4和所述纵向加强筋与环向交织点5处的纤维容纳体积为所述纵向加强筋1与所述环向加强筋2的2倍。
优选地，外模采用预设刚度的均压板，均压板对格栅网格加强筋进行加压，使纤维均匀从交织点向四周铺展，从而使得所述纵向加强筋交织点4和所述纵向加强筋与环向交织点5处与周围产生压力梯度。
优选地，均压板受到0.05Mpa-0.1MPa压力时，使纤维均匀从交织点向四周铺展；均压板材料选用：0.5mm-1mm厚的3240环氧玻璃布层压板。
根据本发明提供的一种复合材料格栅筒，使用上述所述复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法获得。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过格栅筒端部增加旋转角度补偿，实现纵向加强筋与环向加强筋同步缠绕格栅筒网格加强筋同步缠绕且纤维连续不断，效率高且保证了纤维连续性；
2、本发明通过加强筋交织点与本体纤维体积含量均化，解决了纵向加强筋交织点和纵向加强筋与环向交织点处纤维加倍的难题；
3、本发明实现了复合材料格栅筒加强筋高承载性能，提高了复合材料格栅筒的整体刚度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明复合材料格栅筒缠绕状态的立体示意图。
图2为本发明复合材料格栅筒纵向加强筋交织点和纵向加强筋与环向交织点处纤维体积均化示意图。
图3为本发明复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕实施案例图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
根据本发明提供的一种复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法，如图1至3所示，纵向加强筋1与环向加强筋2采用等纤维体积含量设计，使用数控缠绕机设备夹持中心轴3，实现纵向加强筋与环向加强筋同步缠绕及连续缠绕，在纵向加强筋交织点4和纵向加强筋与环向交织点5上分别增加R角，压力梯度设计随之实现，实现纤维体积含量均化。其中，增加R角是根据网格筋的宽度以及纤维体积含量，并结合压力梯度设计计算得到的。
具体地，纵向加强筋1与环向加强筋2的纤维体积含量相等，法向截面相同，其纤维体积含量为55％-65％。
具体地，所述中心轴3两端与缠绕机转接轴装配的连接接口，所有环向加强筋和所有纵向加强筋同步缠绕及连续缠绕，如图3所示，图3中是所有环向加强筋同步缠绕及连续缠绕，纤维连续不断，所有纵向加强筋缠绕一个完整循环时，所有环向加强筋2与纵向加强筋1缠绕相同纤维量。
具体地，为避免环向加强筋2与纵向加强筋1缠绕纤维量不一致，在格栅筒端部增加旋转角度补偿。
具体地，纵向加强筋交织点4和纵向加强筋与环向交织点5处的纤维容纳体积为纵向加强筋1与环向加强筋2的2倍。
具体地，通过外模使纵向加强筋交织点4和纵向加强筋与环向交织点5处于周围产生压力梯度，外模就是覆盖在产品外面的；所述外模采用预设刚度的均压板，均压板对格栅网格加强筋进行加压，从而使纤维均匀从交织点向四周铺展，使纵向加强筋交织点4和纵向加强筋与环向交织点5处与周围产生压力梯度；均压板受到0.05Mpa-0.1MPa压力时，使纤维均匀从交织点向四周铺展，均压板材料选用：0.5mm-1mm厚的3240环氧玻璃布层压板。
根据本发明提供的一种复合材料格栅筒，使用上述所述复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法获得。
实施例2
实施例2是实施例1的优选例
本实施例涉及的一种复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法，包括：复合材料格栅筒包络尺寸为直接3800mm×高2000mm，56对纵向加强筋与10根环向加强筋采用等纤维体积含量设计，使用数控缠绕机设备夹持中心轴，实现纵向加强筋与环向加强筋同步缠绕及连续缠绕，采用纵向加强筋交织点和纵向加强筋与环向交织点增加R5和R10，实现纤维体积含量均化。
通过计算,纵向加强筋与环向加强筋的纤维体积含量相等，法向截面均为宽8mm×高22mm，其纤维体积含量为55％。
中心轴两端与缠绕机转接轴装配的连接接口连接，所有环向加强筋与所有纵向加强筋同步缠绕及连续缠绕，纤维连续不断，所有纵向加强筋缠绕一个完整循环时所有环向加强筋与纵向加强筋缠绕相同纤维量。
该实施案例中，共设计11个完整循环，每个完整循环在格栅筒端部增加了36°的旋转角度补偿,避免了环向加强筋与纵向加强筋缠绕纤维量不一致。
纵向加强筋交织点和纵向加强筋与环向交织点处的纤维容纳体积为纵向加强筋与环向加强筋的2倍。
外模采用0.5mm厚的3240环氧玻璃布层压板，使纵向加强筋交织点和纵向加强筋与环向交织点处与周围产生压力梯度，均压板受到0.09MPa压力时，使纤维均匀从交织点向四周铺展。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法，其特征在于，包括：使用数控缠绕机设备夹持中心轴(3)，实现纵向加强筋(1)与环向加强筋(2)同步缠绕及连续缠绕。
2.根据权利要求1所述的复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法，其特征在于，所述中心轴(3)两端与数控缠绕机设备转接轴装配的连接接口连接，所有环向加强筋与所有纵向加强筋同步缠绕及连续缠绕，纤维连续不断，所有纵向加强筋缠绕一个完整循环时，所有环向加强筋与纵向加强筋缠绕相同纤维量。
3.根据权利要求1所述的复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法，其特征在于，所述纵向加强筋(1)与所述环向加强筋(2)采用等纤维体积含量设计。
4.根据权利要求1所述的复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法，其特征在于，所述纵向加强筋(1)与所述环向加强筋(2)的纤维体积含量相等，法向截面相同，其纤维体积含量为55％-65％。
5.根据权利要求1所述的复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法，其特征在于，在纵向加强筋交织点(4)和纵向加强筋与环向交织点(5)分别增加R角，保证压力梯度设计，实现纤维体积含量均化；
所述增加R角是根据单根网格筋的宽度以及纤维体积含量，并结合压力梯度设计计算得到的。
6.根据权利要求1所述的复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法，其特征在于，在格栅筒端部增加旋转角度补偿，保证所述环向加强筋(2)与所述纵向加强筋(1)缠绕纤维量保持一致。
7.根据权利要求5所述的复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法，其特征在于，所述纵向加强筋交织点(4)和所述纵向加强筋与环向交织点(5)处的纤维容纳体积为所述纵向加强筋(1)与所述环向加强筋(2)的2倍。
8.根据权利要求5所述的复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法，其特征在于，外模采用预设刚度的均压板，均压板对格栅网格加强筋进行加压，使纤维均匀从交织点向四周铺展，从而使得所述纵向加强筋交织点(4)和所述纵向加强筋与环向交织点(5)处与周围产生压力梯度。
9.根据权利要求8所述的复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法，其特征在于，均压板受到0.05Mpa-0.1MPa压力时，使纤维均匀从交织点向四周铺展；均压板材料选用：0.5mm-1mm厚的3240环氧玻璃布层压板。
10.一种复合材料格栅筒，其特征在于，使用权利要求1至9所述的任意一项复合材料格栅筒网格加强筋同步缠绕方法获得。
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