[发明专利]一种复合材料网架式点阵结构及制备方法

说明书

本发明属于复合材料领域，公开了一种复合材料网架式点阵结构及制备方法，包括横向桁架，纵向桁架和蒙皮；纵向桁架穿插在横向桁架的内部，横向桁架插在纵向桁架的凹槽中，蒙皮粘结与横向桁架和纵向桁架的外侧。横向桁架，包括横上弦杆、横下弦杆、横腹杆；横上弦杆和横下弦杆相互平行，横腹杆连接于横上弦杆和横下弦杆之间，横腹杆与横上弦杆和横下弦杆构成三角形。纵向桁架，包括纵上弦杆、纵下弦杆、纵腹杆、凹槽和泡沫；凹槽位于纵向桁架的外侧的纵腹杆与纵上弦杆和纵下弦杆连接的节点处以及两节点的中点处。本发明生产效率高，可维护性好，节点强度高，可连接性强。

技术领域

本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种复合材料网架式点阵结构及制备方法。

背景技术

点阵结构是由两块面板和中间的点阵芯子组成，其中的点阵芯子由呈周期性排列的杆件组成。根据点阵芯子杆件的排列方式可以分为金字塔、四面体、Kagome等形式。按材料可以分为金属、复合材料、以及塑料等。金属点阵结构通常以焊接的方式将芯子和面板连接在一起。而复合材料点阵结构由于复合材料的特有性质无法焊接，只能通过胶结、机械连接、纤维埋入等方式连接。

复合材料点阵结构目前有如下几种制备方法：(1)拉丝连接法，面板开设了压杆槽和拉丝孔，先将压杆插入压杆槽中，然后将预浸树脂的拉丝从拉丝孔编织穿过面板，将相对的上和下两面板牵拉固定；(2)水切割组装法，通过水切割工艺将层合板切割成波纹状长条，节点处加工嵌锁槽口，通过十字交叉方式嵌锁在一起制备成金字塔点阵芯子，最后和面板粘接在一起；(3)嵌锁槽口装配法，在面板上切出嵌锁槽口，再将用水切割切成的点阵芯杆件插入面板嵌锁槽口并涂抹胶水；(4)波纹板切割点阵芯并在节点处用金属片加强，首先制备复合材料波纹板，然后将其切割为折线形杆件，然后和金属片装配粘接在一起，最后将金属片与面板粘接；(5)拉挤杆装配法，在面板上打孔，然后插入拉挤成型制备的圆柱杆并在节点涂抹结构胶，固化成型后切除多余部分；(6)热塑性熔融粘接法，将热塑性丝带预浸料编织成网状织物，然后局部加热冲压得到点阵结构芯材，最后将芯材与两块热塑性复合材料面板加热后粘接；(7)模具热压二次成型工艺，通过模具制备单向纤维增强复合材料金字塔点阵芯子，然后和面板粘接在一起；(8)模具热压一次成型工艺，使用可以拆卸的芯模，将预浸料铺设在芯模凹槽内，两端纤维埋入面板中；(9)纤维穿插低熔点合金型芯模树脂注入法，将未浸润树脂的纤维穿插进带孔的低熔点合金型芯模中并铺设面板纤维，然后使用VARI工艺注入树脂，固化后加热熔化低熔点合金型芯模即可。

上述复合材料点阵结构制备方法存在以下问题：方法(1)拉丝只能受拉不能受压，同时拉丝成型时缺乏模具压力，质量不稳定；方法(2)面芯之间是二次粘接的，在胶接处节点容易破坏，此外层合板纤维方向无法进行设计，杆件横向纤维含量大；方法(3)至(7)均为面芯二次粘接，节点粘接处强度低；方法(8)模具复杂，脱模困难，难以应用于实际工程；方法(9)芯子和面板一体成型，结构力学性能好，不纯在脱模问题，可以制备超大型异型曲面构件，但是制备工艺复杂，生产成本高。

上述点阵结构虽然制备方法不同，但是结构形式是相同的，即：通过中间的点阵芯子将两块面板连接在一起，芯子和面板之间均为点接触。在经典的三点弯曲受力状态下，结构中的点阵芯子主要承受剪力并同时保持面板稳定，而面板主要承受弯矩。点阵芯子需要通过一个点将剪力传递给面板，这将导致面板上会出现严重的应力集中。同时对面板损伤非常敏感，任意一块面板的破坏都将使点阵结构承载力降低。两块面板缺一不可，因此点阵结构的内部难以进行后期维护。如何提升芯子和面板之间的连接以及面板在节点处的应力集中是点阵结构所面临的主要问题。

发明内容

本发明的目的在于公开应力分布均匀，节点强度高的一种复合材料网架式点阵结构及制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种复合材料网架式点阵结构，包括横向桁架1，纵向桁架2和蒙皮3；纵向桁架2穿插在横向桁架1的内部，横向桁架1插在纵向桁架2的凹槽7中，蒙皮3粘结与横向桁架1和纵向桁架2的外侧。