[发明专利]一种复合材料高耐撞性圆筒结构成型方法

说明书

一种复合材料高耐撞性圆筒结构成型方法，所述的复合材料高耐撞性圆筒结构，将纤维布或纤维预浸料按照特定的规律进行裁剪后，卷制成圆筒，最后经过固化工艺成型为具有高耐碰撞性的复合材料圆筒结构。以这种方式设计出来的复合材料圆筒与传统耐碰撞结构相比，重量更轻，具有更高的吸能效果，破坏过程中能够以非常稳定的渐进压溃形式进行破坏，具有更高的比吸能。

技术领域

本发明属于复合材料设计制作领域，特别涉及一种复合材料高耐撞性圆筒结构成型方法。

背景技术

结构耐撞性研究是通过牺牲特定结构、吸收碰撞能量来提高运输系统的碰撞抵抗能力，从而保护乘员及货物的安全。为了达到保证生存空间、降低过载和冲击力的目的，一个重要途径就是采用轻质、高强、高比吸能的材料和结构作为能量耗散装置。为使碰撞能以可控、可预见的方式耗散，耐撞性结构应保证破坏模式应当稳定，具有可重复性和可靠性，即在随机的碰撞事件中能以相对固定的破坏形式耗散碰撞能量，同时要求碰撞动能能够不可逆地耗散；吸能过程无次生破坏(如碎片飞溅)。

纤维增强树脂基复合材料与金属材料相比，具有高比强，高比刚度、耐腐蚀，强度可设计、结构稳定性好以及便于大面积整体成型等优点，受到航空航天领域和汽车工业的青睐。复合材料的性能非常适合交通系统轻量化的要求，降低油耗。而复合材料只是被局限的应用与交通系统的座椅，内饰，外蒙皮等非承力构件中，造成减重效果的局限性。近年来通过对复合材料耐撞性的研究发现，同样厚度下的复合材料零件比传统钢制零件的吸能效果好的多。因此设计一种结构简单的高耐撞性复合材料构件，可以进一步推广复合材料在交通系统中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合材料高耐撞性圆筒结构成型方法，以解决复合材料使用的局限性问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种复合材料高耐撞性圆筒结构成型方法，包括以下步骤：

步骤一：设定要成型的结构高度，使用分切机将复合材料分切成矩形条带，并保证矩形条带的宽度大于所设定的结构高度；

步骤二：将分切后的矩形条带沿长中线分切为两半，对分切为两半的矩形条带进行多次平行切割，切割轨迹线与矩形条带的边呈固定夹角，且每条切割轨迹线之间的间距相同；

步骤三：裁剪完成后将两块矩形条带堆叠，同时保证切割轨迹线不重叠；压实后将其缠绕到圆柱形芯模上，形成圆筒结构预成型体；

步骤四：将上述加工完成的圆筒结构预成型体放入真空热压罐中，用真空热压罐对圆筒结构预成型体进行升温加热处理，固化完成后自然冷却至室温完成圆筒结构预成型体固化加工，取出圆柱形芯模，形成复合材料高耐撞性圆筒结构。

进一步的，其特征在于，缠绕后圆筒结构的厚度与结构高度的比值大于等于0.015，矩形条带的分切长度应大于π×d×0.015×L，其中d为成型后圆筒内径，L为成型后圆筒高度。

进一步的，步骤二所述的切割方式为圆滚刀切割或虚线切割刀或超声波切割。

进一步的，圆柱形芯模的高度大于或等于堆叠后的复合材料的宽度。

进一步的，复合材料中的纤维为玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的一种纤维或多种纤维的混合纤维；复合材料材料形式为干纤维或预浸带纤维。

进一步的，当选用预浸带复合材料时采用热压罐工艺进行固化；当使用干纤维铺放时，固化采用为RTM成型固化设备或RFI固化工艺。

进一步的，制备的圆筒结构能够单独使用或若干个圆筒结构均匀垂直设置在两个板材之间组成吸能组件。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：