[发明专利]一种变截面三维复合材料预制体分区域致密化成形方法

说明书

本发明涉及一种变截面三维复合材料预制体分区域致密化成形方法，属于复合材料领域。本发明方法的步骤为：根据构件的CAD模型以及性能需求，设计目标制件的三维织造数据；设计主、副压实板，通过子压实部件组合成副压实板；制备变截面三维复合材料预制体；安装主、副压实板，压实机构施加压实力，得到最终的变截面三维复合材料预制体。本发明使用的子压实部件具有通用性，避免了制备多个尺寸变截面三维复合材料预制体导致重复制造压实板的问题，降低了制造成本；使用子压实部件组合成副压实板，安装方便，避免了导向棒阵列对预制体致密化压实工序的干预；所提出的方法可以得到各区域纤维层密度不同的三维复合材料预制体。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，特别涉及一种变截面三维复合材料预制体分区域致密化成形方法，可以实现区域纤维层密度、织物结构不同的变截面三维复合材料预制体成形。

背景技术

众所周知，复合材料构件具有比强度高、比刚度高、比模量高、抗冲击性能好、耐烧蚀性能强等优点，此外根据复合材料构件的受力状态，可以选择不同的组成材料和增强体排布方式，能够合理地减轻构件重量并且节约用材。复合材料构件已经被广泛应用于航空航天、船舶、轨道车辆、化工管道和贮罐等领域，并且在高端装备中使用比例与日俱增。

复合材料一般由预制体和基体两部分组成，其中预制体具有多种成形方法，包括2D铺层、针刺、3D机织、3D编织等。机械科学研究总院提出的柔性导向三维织造复合材料预制体成形技术，通过致密化压实工艺有效地提高了预制体的纤维层密度，减小预制体的空隙率，进而得到力学性能更强的复合材料构件。由于该技术所生产的预制体嵌套在导向棒阵列中，并且导向棒高度高于预制体厚度，常见压实设备无法对其进行压实。

本发明提出一种变截面三维复合材料预制体分区域致密化成形方法，多个子压实部件组合成副压实板，将导向棒包含在主压实板的通孔内，避免了导向棒阵列对预制体致密化压实工艺的干扰。本发明中副压实板可以根据三维复合材料预制体的变截面区域形状、尺寸，通过子压实部件组合获得，所制备的子压实部件具有通用性的特点，避免了制备多个尺寸变截面三维复合材料预制体，导致重复制造压实平板的问题，降低制造成本，子压实部件安装方便，本发明可以获得各区域纤维层密度不同的三维复合材料预制体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变截面三维复合材料预制体分区域致密化成形方法，使用主压实板和子压实部件组合成的副压实板，避免了导向棒阵列对预制体致密化压实工艺的干预，解决了多个变截面形状、尺寸的复合材料预制体压实工艺，需要重复制造压实板的问题，同时可以适用于区域纤维层密度不同的预制体致密化压实。

本发明技术方案如下：

1、一种变截面三维复合材料预制体分区域致密化成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对目标制件的三维织造参数进行设计：根据复合材料构件功能特点，对变截面三维复合材料预制体(1)进行区域划分，设计各个区域的致密化成形参数，获得目标制件各个区域的截面厚度、纤维层密度、纤维种类、纤维织造路径、织造层数以及导向阵列结构和尺寸；

2)压实板设计：根据变截面三维复合材料预制体(1)各个区域的截面厚度、区域形状等进行压实板的设计，压实板包括主压实板(3)、副压实板1(4-1)、副压实板2(4-2)；主压实板(3)为带通孔的平板，通孔排布方式、相邻通孔中心距与导向阵列的结构参数相同，主要用于最大截面厚度区域的预制体致密化压实，主压实板(3)的通孔直径大于导向棒(2)的直径，主压实板的厚度通过多孔织物非线性压实模型计算获得；副压实板1(4-1)和副压实板2(4-2)通过多个子压实部件(5)组合获得，存在厚度差的区域均需要使用副压实板1(4-1)或者副压实板2(4-2)；