[发明专利]一种复合材料交织结构及其铺层方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料交织结构及其铺层方法，属于复合材料制造技术领域。

背景技术

以碳纤维增强树脂基复合材料为代表的先进纤维增强树脂基复合材料由于具有高比强度、比刚度、优良的耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶、土木等工程领域。传统的纤维增强树脂基复合材料层合板，采用预浸料单向带按一定的铺层顺序及角度进行铺放，加温加压固化。传统层合板为典型的二维结构，主要由面内纤维承载，由于纤维的强度远高于树脂基体的强度，层合板层间性能弱，易导致分层失效，抗冲击性能差。

传统铺层结构是采用预浸带铺满整个铺层，制得的层合板层间力学性能较弱。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术不足，提出一种复合材料交织结构及其铺层方法，该方法将整铺层分解为多个铺层交织铺放，形成2.5维的铺层结构，即铺层与铺层之间保持一定的纤维连续性，以达到提高层合板层间性能和抗冲击损伤容限。

本发明的技术解决方案是：

一种复合材料交织结构，该结构包括n个循环单元；循环单元中预浸带有m个方向，循环单元中有k×m个铺层；其中m≤8，m≥3，k的取值范围为k≥2；

循环单元上的预浸带之间的缝隙(k-1)×d，d等于预浸带的带宽；

循环单元中第一层中的预浸带的铺层角度为a1，第二层中的预浸带的铺层角度为a2，第三层中的预浸带的铺层角度为a3，…第m层中的预浸带的铺层角度为am，第m+1层中的预浸带的铺层角度为a1，第m+2层中的预浸带的铺层角度为a2，第m+3层中的预浸带的铺层角度为a3，…第2m层中的预浸带的铺层角度为am…第(k-1)×m+1层中的预浸带的铺层角度为a1，第(k-1)×m+2层中的预浸带的铺层角度为a2，第(k-1)×m+3层中的预浸带的铺层角度为a3，…第k×m层中的预浸带的铺层角度为am；

每层中的预浸带之间均间隔k-1个带宽；

第m+1层中的预浸带间隔k-1个带宽铺放，位于第一层中的预浸带的间隔中，与第一层的预浸带相邻；

第m+2层中的预浸带间隔k-1个带宽铺放，位于第二层中的预浸带的间隔中，与第二层的预浸带相邻；

第m+3层中的预浸带间隔k-1个带宽铺放，位于第三层中的预浸带的间隔中，与第三层的预浸带相邻；

第2m层中的预浸带间隔k-1个带宽铺放，位于第m层中的预浸带的间隔中，与第m层的预浸带相邻；

…第(k-1)×m+1层中的预浸带间隔k-1个带宽铺放，位于第一层中的预浸带的间隔中，与第(k-2)×m+1层的预浸带相邻；

第(k-1)×m+2层中的预浸带间隔k-1个带宽铺放，位于第二层中的预浸带的间隔中，与第(k-2)×m+2层的预浸带相邻；

第(k-1)×m+3层中的预浸带间隔k-1个带宽铺放，位于第三层中的预浸带的间隔中，与第(k-2)×m+3层的预浸带相邻；

…第k×m层中的预浸带间隔k-1个带宽铺放，位于第m层中的预浸带的间隔中，与第(k-1)×m层的预浸带相邻。

相邻循环单元中，前一个单元的最后p个铺层与后一个单元的前p个铺层调换铺放顺序，即先铺放后一个单元的前p个铺层，再铺放前一个单元的最后p个铺层，p的取值范围为0＜p≤m-2。

该结构为面对称的2.5维结构，该结构包括2n个循环单，在第n个循环最后p个铺层之前添加一个中性铺层，该铺层的预浸带的铺层角度为b，b与a1、a2…am都不相同，预浸带之间的间隔为一个带宽；

第n+1个循环单元到第2n个循环单元的铺放顺序与前n个循环单元的铺层顺序完全对称，即第n+1个循环单元的第一层和第n个循环单元的最后一层完全相同，第n+1个循环单元的第二层和第n个循环单元的倒数第二层完全相同，依此类推。在第n+1个循环单元的前p个铺层之后添加一个中性铺层，该铺层的预浸带的铺层角度为b，预浸带之间的间隔为一个带宽，铺放在第n个循环中的中性铺层的间隔中，两个中性铺层形成层间交织结构。

相邻铺层之间存在连续预浸带，相邻铺层之间的连续预浸带与铺层所在平面的夹角的正切值tanα≤0.125。。

一种复合材料交织结构的铺层方法，该方法的步骤包括：

(1)在构件表面铺第一层预浸带，直至铺满构件表面；第一层预浸带的铺层角度为a1，预浸带之间的间隔(k-1)×d；

(2)在步骤(1)得到的第一层预浸带上铺第二层预浸带，直至铺满构件表面；第二层预浸带的铺层角度为a2，预浸带之间的间隔(k-1)×d；