[发明专利]一种复合材料多稳态组合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种复合材料多稳态组合材料及其制备方法。该方法将复合材料进行对称铺层，得到复合基板；再对复合基板的若干个区域进行非对称铺层，然后采用热压罐成型工艺使非对称铺层区域的热残余应力在复合基板上形成两个正交的弯矩；以进行非对称铺层的复合基板区域作为变形区域，未进行非对称铺层的复合基板区域作为过渡区域，保证任意两个变形区域之间均由过渡区域进行分隔。本发明中通过分段铺层的方法，将整个结构划分为变形区域与过渡区域。变形区域是双稳态结构，具备两个变形状态的同时，具备稳定性；过渡区域则解决分段铺层造成的几何兼容性问题，且可变形数量较多(能够大于10)的复合材料多稳态试样的制备方法。

技术领域

本发明涉及新材料领域，具体涉及一种复合材料多稳态组合材料及其制备方法。

背景技术

复合材料双稳态是指具有两种变形能力，且变形后无需持续的能量输入即可保持稳定状态的结构。与一般的可变形结构相比，其在自由状态下，无需持续的能量输入即可保持稳定状态的特征，使其在可变形机翼、展开机构、可展开太阳能板等领域具有较大的应用潜力。但是随着航空、航天工业的发展，对可变形结构的变形能力提出了更高的要求，具有多个变形状态的多稳态的概念被提出。

目前实现多稳态试样的方法主要有两种：一种是通过多个双稳态试样拼接而成；另一种则是通过分段铺层的方法实现。对于第一种方法，本质上就是双稳态；对于第二种多稳态试样，由于不同区域之间存在结合兼容性的问题，其变形数量有限。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中多稳态试样存在结合兼容性、变形数量有限的问题，并提供一种能够实现多种变形，变形后能保持稳定状态，具备承载能力，且可变形数量较多的复合材料多稳态试样的制备方法。本发明涉及的复合材料多稳态试样，通过分段铺层的方法，将整个结构划分为变形区域与过渡区域。使得结构在具备多个变形状态的，具备稳定性和承载能力的同时，其可变形数量可以达到甚至超过10个。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种复合材料多稳态组合材料的制备方法，具体做法为：将复合材料进行对称铺层，得到复合基板；再对复合基板的若干个区域进行非对称铺层，然后采用热压罐成型工艺使非对称铺层区域的热残余应力在复合基板上形成两个正交的弯矩；以进行非对称铺层的复合基板区域作为变形区域，未进行非对称铺层的复合基板区域作为过渡区域，保证任意两个变形区域之间均由过渡区域进行分隔。

需要指出的是，本发明中任意两个变形区域之间均由过渡区域进行分隔是指，任意两个变形区域之间没有边与边相重合或部分重合连接的情况，相邻两个变形区域之间相对的边之间必须有一个过渡区域；但两个变形区域之间可以有角点相接。相邻两个过渡区域之间则可以连接，也可以不连接。

下面详述本发明的工作原理如下：

本发明的基本原理是通过多个双稳态组合材料的拼接实现复合材料结构具备多个变形的能力。但是多个双稳态组合材料的拼接会带来结构的几何兼容性问题。如图1所示，B与A有兼容性的问题；B与C不存在兼容性的问题。对于过渡区域D而言，A要求D绕X方向发生弯曲；B要求D绕Y方向发生弯曲。显然在边缘受到限制的条件下，区域D不可能在X，Y两个方向同时发生弯曲变形。本发明在两个变形区域之间加入了过渡区域进行分隔，对于过渡区域E而言，B要求E绕Y方向发生弯曲；C也要求E绕Y方向发生弯曲，显然E会在Y方向发生弯曲变形。

过渡区域的刚度越小越有利于几何兼容性的缓解。然而过于柔软则会影响结构的承载能力。因此过渡区域应有足够的刚度，保证多稳态组合材料承载能力的同时，也要有足够的柔度，缓解几何兼容性带来的问题。除此以外，过渡区域应尽可能小，尽量保证多稳态组合材料的紧凑性，美观。