本發(fā)明屬于復(fù)合材料設(shè)計(jì)制作領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)合材料高耐撞性圓筒結(jié)構(gòu)成型方法。

背景技術(shù)：

結(jié)構(gòu)耐撞性研究是通過犧牲特定結(jié)構(gòu)、吸收碰撞能量來提高運(yùn)輸系統(tǒng)的碰撞抵抗能力，從而保護(hù)乘員及貨物的安全。為了達(dá)到保證生存空間、降低過載和沖擊力的目的，一個(gè)重要途徑就是采用輕質(zhì)、高強(qiáng)、高比吸能的材料和結(jié)構(gòu)作為能量耗散裝置。為使碰撞能以可控、可預(yù)見的方式耗散，耐撞性結(jié)構(gòu)應(yīng)保證破壞模式應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定，具有可重復(fù)性和可靠性，即在隨機(jī)的碰撞事件中能以相對固定的破壞形式耗散碰撞能量，同時(shí)要求碰撞動(dòng)能能夠不可逆地耗散；吸能過程無次生破壞(如碎片飛濺)。

纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料與金屬材料相比，具有高比強(qiáng)，高比剛度、耐腐蝕，強(qiáng)度可設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好以及便于大面積整體成型等優(yōu)點(diǎn)，受到航空航天領(lǐng)域和汽車工業(yè)的青睞。復(fù)合材料的性能非常適合交通系統(tǒng)輕量化的要求，降低油耗。而復(fù)合材料只是被局限的應(yīng)用與交通系統(tǒng)的座椅，內(nèi)飾，外蒙皮等非承力構(gòu)件中，造成減重效果的局限性。近年來通過對復(fù)合材料耐撞性的研究發(fā)現(xiàn)，同樣厚度下的復(fù)合材料零件比傳統(tǒng)鋼制零件的吸能效果好的多。因此設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單的高耐撞性復(fù)合材料構(gòu)件，可以進(jìn)一步推廣復(fù)合材料在交通系統(tǒng)中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合材料高耐撞性圓筒結(jié)構(gòu)成型方法，以解決復(fù)合材料使用的局限性問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種復(fù)合材料高耐撞性圓筒結(jié)構(gòu)成型方法，包括以下步驟：

步驟一：設(shè)定要成型的結(jié)構(gòu)高度，使用分切機(jī)將復(fù)合材料分切成矩形條帶，并保證矩形條帶的寬度大于所設(shè)定的結(jié)構(gòu)高度；

步驟二：將分切后的矩形條帶沿長中線分切為兩半，對分切為兩半的矩形條帶進(jìn)行多次平行切割，切割軌跡線與矩形條帶的邊呈固定夾角，且每條切割軌跡線之間的間距相同；

步驟三：裁剪完成后將兩塊矩形條帶堆疊，同時(shí)保證切割軌跡線不重疊；壓實(shí)后將其纏繞到圓柱形芯模上，形成圓筒結(jié)構(gòu)預(yù)成型體；

步驟四：將上述加工完成的圓筒結(jié)構(gòu)預(yù)成型體放入真空熱壓罐中，用真空熱壓罐對圓筒結(jié)構(gòu)預(yù)成型體進(jìn)行升溫加熱處理，固化完成后自然冷卻至室溫完成圓筒結(jié)構(gòu)預(yù)成型體固化加工，取出圓柱形芯模，形成復(fù)合材料高耐撞性圓筒結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，其特征在于，纏繞后圓筒結(jié)構(gòu)的厚度與結(jié)構(gòu)高度的比值大于等于0.015，矩形條帶的分切長度應(yīng)大于π×d×0.015×l，其中d為成型后圓筒內(nèi)徑，l為成型后圓筒高度。

進(jìn)一步的，步驟二所述的切割方式為圓滾刀切割或虛線切割刀或超聲波切割。

進(jìn)一步的，圓柱形芯模的高度大于或等于堆疊后的復(fù)合材料的寬度。

進(jìn)一步的，復(fù)合材料中的纖維為玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維中的一種纖維或多種纖維的混合纖維；復(fù)合材料材料形式為干纖維或預(yù)浸帶纖維。

進(jìn)一步的，當(dāng)選用預(yù)浸帶復(fù)合材料時(shí)采用熱壓罐工藝進(jìn)行固化；當(dāng)使用干纖維鋪放時(shí)，固化采用為rtm成型固化設(shè)備或rfi固化工藝。

進(jìn)一步的，制備的圓筒結(jié)構(gòu)能夠單獨(dú)使用或若干個(gè)圓筒結(jié)構(gòu)均勻垂直設(shè)置在兩個(gè)板材之間組成吸能組件。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下技術(shù)效果：

本發(fā)明所設(shè)計(jì)的復(fù)合材料高耐撞性圓筒與同樣結(jié)構(gòu)的金屬材料相比，具有材質(zhì)輕、強(qiáng)度高、高吸能、耐腐蝕的特點(diǎn)，從而具有更高的耐撞性，在碰撞過程中可以吸收更多的能量，同時(shí)吸能過程中不會(huì)產(chǎn)生材料飛濺，無次生破壞。

本發(fā)明的復(fù)合材料高耐撞性圓筒制作工藝簡單，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定耐腐蝕，可廣泛應(yīng)用于汽車、船體、飛行器等領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為使用圓滾刀切割后的預(yù)浸料示意圖；

圖2為使用虛線切割刀切割后的預(yù)浸料示意圖；

圖3為圓滾刀主視圖；

圖4為虛線切割刀主視圖；

圖5為將預(yù)浸料纏繞到模具表面示意圖；

圖6為成型后的圓筒示意圖；

圖7為排列后的吸能組件。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步說明：

請參閱圖1至圖7，一種復(fù)合材料高耐撞性圓筒結(jié)構(gòu)成型方法，包括以下步驟：

步驟一：設(shè)定要成型的結(jié)構(gòu)高度，使用分切機(jī)將復(fù)合材料分切成矩形條帶，并保證矩形條帶的寬度大于所設(shè)定的結(jié)構(gòu)高度；

步驟二：將分切后的矩形條帶沿長中線分切為兩半，對分切為兩半的矩形條帶進(jìn)行多次平行切割，切割軌跡線與矩形條帶的邊呈固定夾角，且每條切割軌跡線之間的間距相同；

步驟三：裁剪完成后將兩塊矩形條帶堆疊，同時(shí)保證切割軌跡線不重疊；壓實(shí)后將其纏繞到圓柱形芯模上，形成圓筒結(jié)構(gòu)預(yù)成型體；

步驟四：將上述加工完成的圓筒結(jié)構(gòu)預(yù)成型體放入真空熱壓罐中，用真空熱壓罐對圓筒結(jié)構(gòu)預(yù)成型體進(jìn)行升溫加熱處理，固化完成后自然冷卻至室溫完成圓筒結(jié)構(gòu)預(yù)成型體固化加工，取出圓柱形芯模，形成復(fù)合材料高耐撞性圓筒結(jié)構(gòu)。

纏繞后圓筒結(jié)構(gòu)的厚度與結(jié)構(gòu)高度的比值大于等于0.015，矩形條帶的分切長度應(yīng)大于π×d×0.015×l，其中d為成型后圓筒內(nèi)徑，l為成型后圓筒高度。

步驟二所述的切割方式為圓滾刀切割或虛線切割刀或超聲波切割。

圓柱形芯模的高度大于或等于堆疊后的復(fù)合材料的寬度。

復(fù)合材料中的纖維為玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維中的一種纖維或多種纖維的混合纖維；復(fù)合材料材料形式為干纖維或預(yù)浸帶纖維。

當(dāng)選用預(yù)浸帶復(fù)合材料時(shí)采用熱壓罐工藝進(jìn)行固化；當(dāng)使用干纖維鋪放時(shí)，固化采用為rtm成型固化設(shè)備或rfi固化工藝。

制備的圓筒結(jié)構(gòu)能夠單獨(dú)使用或若干個(gè)圓筒結(jié)構(gòu)均勻垂直設(shè)置在兩個(gè)板材之間組成吸能組件。

實(shí)施例1：

本實(shí)例采用熱固性碳纖維預(yù)浸帶材料。

具體步驟為：

1)設(shè)定要成型的結(jié)構(gòu)高度，使用分切機(jī)將大塊的復(fù)合材料原料分切成一定寬度的矩形條帶，并保證寬度大于所設(shè)定的結(jié)構(gòu)高度。為保證纏繞后的厚度與結(jié)構(gòu)高度的比值大于等于0.015，分切長度應(yīng)大于π×d×0.015×l，其中d為成型后圓筒內(nèi)徑，l為成型后圓筒高度。

2)將分切后的復(fù)合材料布沿中線分切為兩半，參見圖3和圖4，使用圓滾刀或虛線切割刀，沿斜線進(jìn)行多次平行切割，切割形式如圖1和圖2所示，保證每條連續(xù)切割線之間的間距一致。

3)參見圖5所示，裁剪完成后將兩部分纖維布堆疊，同時(shí)保證切割部分不重疊，壓實(shí)后將其纏繞到圓形芯模上。

4)復(fù)合材料圓筒固化。將上述加工完成的碳纖維預(yù)成型體放入真空熱壓罐中，首先升溫到80℃保溫30分鐘，然后升溫到130℃保溫2個(gè)小時(shí)，其升溫時(shí)間為3分鐘，最后隨爐冷卻至室溫完成固化加工。

采用如上述制作方法制成的最終非連續(xù)鋪層圓筒結(jié)構(gòu)，如圖6所示，在隨機(jī)的碰撞事件中能以漸進(jìn)破壞的形式耗散更多碰撞能量，與傳統(tǒng)連續(xù)鋪層圓筒結(jié)構(gòu)相比，其吸能性能提高了50％以上，能夠有效控制碰撞力和減速度。

本發(fā)明不受上述實(shí)例的限制，上述實(shí)施案例和說明書中描述的只是用來說明本發(fā)明的原理，在實(shí)際使用過程中可以單獨(dú)使用，也可以以一定形式排列后組成吸能組件，如圖7所示。