一種構(gòu)建復(fù)合材料可控波紋缺陷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及復(fù)合材料性能評(píng)估領(lǐng)域，具體涉及一種構(gòu)建復(fù)合材料可控波紋缺陷的方法，用于制備含波紋缺陷的復(fù)合材料層合板，為定量研究波紋/皺褶類(lèi)缺陷對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響奠定基礎(chǔ)。
【背景技術(shù)】
[0002]波紋/皺褶類(lèi)缺陷是復(fù)合材料生產(chǎn)過(guò)程中一種極為常見(jiàn)的缺陷，主要有面內(nèi)波紋和面外波紋兩大類(lèi)。波紋產(chǎn)生的原因是多種多樣的，如纖維纏繞過(guò)程中增強(qiáng)纖維局部屈曲，環(huán)向纏繞張力壓迫下層纖維，基體/纖維/模具之間熱膨脹系數(shù)不匹配引起殘余應(yīng)力等。波紋缺陷能夠引起復(fù)合材料剛度、強(qiáng)度顯著下降，應(yīng)力集中、裂紋萌生，容易誘發(fā)復(fù)合材料發(fā)生剪切破壞，導(dǎo)致復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件過(guò)早失效，嚴(yán)重影響復(fù)合材料性能和制約復(fù)合材料應(yīng)用。
[0003]在復(fù)合材料大制件中不可避免地會(huì)存在波紋缺陷，隨著復(fù)合材料大制件越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，這種缺陷越來(lái)越受到人們的關(guān)注。為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)波紋缺陷對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能影響，開(kāi)展對(duì)復(fù)合材料剛度、強(qiáng)度、失效機(jī)制的評(píng)估，構(gòu)建可控波紋缺陷是首先需要解決的問(wèn)題。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)開(kāi)展復(fù)合材料波紋缺陷研究工作的科研院校與企業(yè)較少，也鮮有公開(kāi)發(fā)表與波紋缺陷相關(guān)的科研成果。國(guó)外早在上世紀(jì)90年代就開(kāi)始研究缺陷對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，相關(guān)研究主要集中在碳纖維預(yù)浸料領(lǐng)域。實(shí)際上許多復(fù)合材料大制件生產(chǎn)主要是使用玻璃纖維增強(qiáng)材料，干的玻璃纖維織物與碳纖維預(yù)浸料完全不同，前者不容易固定，此外還要考慮成型過(guò)程中樹(shù)脂的浸潤(rùn)、滲透和傳遞過(guò)程，所以不可能借鑒碳纖維預(yù)浸料構(gòu)建波紋缺陷的方法。因此，如何利用干纖維織物構(gòu)建可控波紋缺陷，模擬工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件中頻繁出現(xiàn)的波缺陷，成為亟需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種構(gòu)建復(fù)合材料波紋缺陷的方法，用于制備含波紋缺陷的復(fù)合材料層合板，為定量研究波紋/皺褶類(lèi)缺陷對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響奠定基礎(chǔ)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種構(gòu)建復(fù)合材料可控波紋缺陷的方法，其為制作均一波紋缺陷時(shí)，采用以下步驟:
[0007]I)在鋼化玻璃模具上依次鋪放第一根大剛度金屬絲、下層脫模布、干纖維織物和上層脫模布，用密封膠分別將大剛度金屬絲兩端與上下兩層脫模布均固定在鋼化玻璃模具上;
[0008]2)在上層脫模布上再鋪設(shè)兩根大剛度金屬絲，兩根大剛度金屬絲與第一根大剛度金屬絲平行放置，并且與第一根大剛度金屬絲的距離均相等，最后鋪設(shè)導(dǎo)流網(wǎng)；
[0009]3)在整個(gè)體系氣密性良好情況下，采用真空輔助樹(shù)脂注射成型工藝(VARI)完成均一波紋缺陷的制作。
[0010]按上述方案，所述的大剛度金屬絲為鋼絲。
[0011]按上述方案，所述的大剛度金屬絲的截面為圓形，其長(zhǎng)度比干纖維織物層寬度長(zhǎng)8mm-12mmο
[0012]按上述方案，步驟2)所述的兩根大剛度金屬絲的兩端利用密封膠固定在鋼化玻璃模具上，并將大剛度金屬絲兩端用密封膠墊起，其墊起高度等于干纖維織物鋪層厚度。
[0013]本發(fā)明提出的另一技術(shù)方案，一種構(gòu)建復(fù)合材料波紋缺陷的方法，其為制作梯度波紋與局部波紋缺陷時(shí)，采用以下步驟:
[0014]I)在鋼化玻璃模具上依次鋪放第一根大剛度金屬絲、下層脫模布、干纖維織物和上層脫模布，用密封膠分別將大剛度金屬絲兩端與上下兩層脫模布均固定在鋼化玻璃模具上;
[0015]2)在上層脫模布上再鋪設(shè)兩根大剛度金屬絲，兩根大剛度金屬絲與第一根大剛度金屬絲平行放置，并且與第一根大剛度金屬絲的距離均相等，最后鋪設(shè)導(dǎo)流網(wǎng)；
[0016]3)在整個(gè)體系氣密性良好情況下，采用真空輔助樹(shù)脂注射成型工藝(VARI)完成預(yù)成型均一波紋薄板的制作；
[0017]4)將制得的預(yù)成型均一波紋薄板的凹面朝上，并放置在干纖維織物層中，在體系氣密性良好的情況下，采用真空輔助樹(shù)脂注射成型工藝(VARI)完成梯度波紋與局部波紋缺陷的制作。
[0018]按上述方案，所述的大剛度金屬絲為鋼絲。
[0019]按上述方案，所述的大剛度金屬絲的截面為圓形，其長(zhǎng)度比干纖維織物層寬度長(zhǎng)8mm-12mmο
[0020]按上述方案，步驟2)所述的兩根大剛度金屬絲的兩端利用密封膠固定在鋼化玻璃模具上，并將大剛度金屬絲兩端用密封膠墊起，墊起高度等于干纖維織物鋪層厚度。
[0021]按上述方案，步驟4)所述預(yù)成型均一波紋薄板置于干纖維織物層的中間位置。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:采用上述技術(shù)方案，能夠方便地制作復(fù)合材料均一波紋、梯度波紋和局部波紋三類(lèi)缺陷，利用密封膠固定鋼絲，在固定鋼絲的同時(shí)，通過(guò)墊高鋼絲兩端，能夠有效防止鋼絲彎曲，實(shí)現(xiàn)對(duì)波紋參數(shù)(波長(zhǎng)λ與振幅Α)的準(zhǔn)確控制。此外，通過(guò)調(diào)整相鄰鋼絲之間的距離得到不同波紋比(Α/λ)的波紋。制作的含均一波紋缺陷薄板，凹面朝上放置在干纖維織物中，配合真空輔助樹(shù)脂注射成型工藝(VARI)，得到與工程實(shí)際中類(lèi)似的梯度波紋和局部波紋，使制作的波紋缺陷更具有實(shí)際研究?jī)r(jià)值。該方法的提出符合科學(xué)問(wèn)題的工程背景(玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料大制件應(yīng)用廣泛)，具有較好的實(shí)際意義，兼具制作工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，可控性好的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明構(gòu)建復(fù)合材料均一波紋缺陷的纖維鋪層示意圖；
[0024]其中，I一密封膠；2—螺旋管；3—進(jìn)膠管；4一真空袋；5—鋼絲(底層鋼絲編號(hào)為a，上層鋼絲編號(hào)分別為b、c) ;6—導(dǎo)流網(wǎng)；7—上層脫模布；8—干纖維織物；9一下層脫模布；10—吸膠氈；11一出膠管；12—鋼化玻璃模具；13—真空栗體系；14一存膠體系；
[0025]圖2為本發(fā)明構(gòu)建復(fù)合材料梯度波紋缺陷的纖維鋪層示意圖；
[0026]其中，I一密封膠；2—螺旋管；3—進(jìn)膠管；4一真空袋；6—導(dǎo)流網(wǎng)；7—上層脫模布；8—干纖維織物；9一下層脫模布；10—吸膠氈；11 一出膠管；12—鋼化玻璃模具；13—真空栗體系；14一存膠體系；15—預(yù)成型均一波紋薄板；
[0027]圖3為本發(fā)明構(gòu)建復(fù)合材料局部波紋缺陷的纖維鋪層示意圖；
[0028]其中，I一密封I父；2—螺旋管；3—進(jìn)I父管；4一真空袋；6—導(dǎo)流網(wǎng)；7—上層脫模布；8—干纖維織物；9一下層脫模布；10—吸膠氈；11 一出膠管；12—鋼化玻璃模具；13—真空栗體系；14一存膠體系；15—預(yù)成型均一波紋薄板；
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，但是此說(shuō)明不會(huì)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明制作復(fù)合材料均一波紋缺陷時(shí)，采用以下步驟:
[0031]第一步:在鋼化玻璃模具上依次鋪放一定尺寸鋼絲5、下層脫模布9(保持與前面【附圖說(shuō)明】中一致)、干纖維織物8、上層脫模布7，用密封膠分別將鋼絲兩端與兩層脫模布的四角固定在鋼化玻璃模具12上，鋼絲5截面為圓形，剛度大，鋼絲5的長(zhǎng)度比干纖維織物層寬度長(zhǎng)1mm左右，用密封膠將鋼絲5、下層脫模布9與上層脫模布7固定在鋼化玻璃模具上;
[0032]第二步:在上層脫模布7上鋪設(shè)兩根鋼絲5，兩根鋼絲與第一根鋼絲平行放置，并且與第一根鋼絲的距離均相等，兩根鋼絲5兩端利用密封膠固定在鋼化玻璃模具上，并將鋼絲兩端用密封膠墊起，墊起高度等于干纖維織物鋪層厚度，接著在其上鋪設(shè)導(dǎo)流網(wǎng)，然后依次鋪設(shè)進(jìn)膠管3、螺旋管2、出膠管11、吸膠氈10，進(jìn)膠管3與存膠體系14相連，出膠管11與真空栗體系13相連，最后用密封膠I與真空袋4將整個(gè)體系密封；
[0033]第三步:在體系氣密性良好的情況下，采用真空輔助樹(shù)脂注射成型工藝(VARI)完成均一波紋缺陷的制作；
[0034]如圖2及圖3所示，本發(fā)明制作復(fù)合材