[发明专利]一种C形截面复合材料双稳态壳结构及成型模具

说明书

本发明提出一种C形截面复合材料双稳态壳结构及成型模具，成型模具由气囊和阴模组成，阴模由上阴模和下阴模组成，上阴模截面型面轮廓线是由第一圆弧型线、第二圆弧型线、第三圆弧型线、第四圆弧型线和第五圆弧型线光滑过渡构成，所述的第二圆弧型线、第三圆弧型线和第四圆弧型线构成对称的圆弧内凹结构，第二圆弧型线和第四圆弧型线对称分布在第三圆弧型线两侧，为半圆。本发明通过对模具结构进行改进设计，解决了C形截面复合材料双稳态壳结构边缘通过挤压造成边缘区域的不规则的质量问题。

技术领域

本发明涉及一种C形截面复合材料双稳态壳结构及成型模具，属于复合材料加工技术领域。

背景技术

C形截面可双向卷曲稳定的复合材料双稳态壳结构是一种可以双向卷曲稳定的复合材料壳结构。双稳态结构主要基于壳结构，是指沿壳结构表面的两个方向上，在不同时间沿两个方向可分别保持稳定弯曲形变的状态。双稳态结构的实现方式有两种：一种是利用不同弯曲方向的壳结构逐层叠加复合成一个整体壳结构，不同弯曲方向的壳结构可以在各自的方向影响复合后的壳结构；第二种主要利用复合材料的各向异性，首先预成型复合材料壳结构，当受到与预成型弯曲方向不同方向的外力作用后，形成应变能，最终达到第二种稳定状态。正因如此复合材料双稳态壳结构受到了国外的重视，并研发了系列衍生产品，可以实现各类支撑功能，同时还可以保证低重量、快速展开。而国内目前尚未见到此类产品的研发和报道。

双稳态壳结构最早是在上世纪50年代应用在卫星天线上，由F.P.J.Rimrott发明的一种金属壳的双稳态结构，可沿面的双方向实现卷曲，并保持稳定。在2000年，Iqbal K、Daton-Lovett等人发表了采用复合材料制备的双稳态管的文章，并于2001年申请了相关专利，专利号为：US6217975、US6256938。

专利号为US6217975B1介绍了一种采用增强纤维织物与树脂复合的可伸长的中空管结构，阐述了其发明利用了复合材料纤维铺层的特性赋予其发明双稳态的特性，既可以在双方向实现卷曲，其发明结构的外观见图5所示。方向A为长度方向的状态，此时可形成带有开口的管型结构，方向B为完全卷曲状态，可形成逐层包裹的管型结构。当在A状态下，可以通过外部施加给方向A一个压力，使得结构转变成B状态；在B状态下，可以通过外部施加给方向A一个拉力，使得结构装变成A状态。

专利号为US6256938B1介绍了一种具有卡口结构的，可以实现自闭合的双稳态管。其结构为，沿方向1的管壁边缘加工了很多锯齿形结构，当管沿方向1的开口闭合时，两侧的锯齿会相互啮合，使管形成闭合的整体，提高其整体强度和刚度。

专利号为US6602574介绍了一种具有内部支撑叶片结构的双稳态管。

目前基于双稳态壳理论的专利主要是由Daton-Lovett所申请的复合材料开口管，在专利中简单地提到复合材料纤维铺层，未对其制备方法进行详细说明。因此，亟需一种高效、低成本的制备方法。气囊成型是一种常用、成熟的复合材料管材制造工艺，可以实现高效、低成本的回旋封闭体的制造。但是对于C型截面结构的非截面回旋封闭体，由于气囊压力较大，无法成型C型截面结构边缘区域。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种能采用气囊成型的C形截面复合材料双稳态壳结构、模具及方法。