[发明专利]连续纤维在带翻边隔板中的铺层方法和带翻边隔板

说明书

本发明公开了连续纤维在带翻边隔板中的铺层方法和带翻边隔板，所述方法包括：在带翻边隔板本体层的至少部分表面铺设增强层，所述带翻边隔板本体层中铺设有第一纤维，所述增强层中铺设有第二纤维，所述增强层的厚度小于所述带翻边隔板本体层的厚度，所述第二纤维的模量大于所述第一纤维的模量。本发明通过在铺设有相对中低模量纤维的隔板本体层的表面铺设相对高模量纤维的增强层，形成了具有模量差的多元混杂对称包覆交叉骨架结构，使带翻边隔板能在承受循环载荷时减小或避免自身反复变形导致的表面微裂纹产生与扩展，从而在不改变主体铺层的情况下，解决了平衡铺层结构整体不对称及纤维树脂耦合效应导致的整体翘曲问题。

技术领域

本发明属于连续纤维复合材料铺层结构成型技术领域，具体涉及一种连续纤维在带翻边隔板中的铺层方法和带翻边隔板。

背景技术

连续纤维复合材料因其优异的比强度、比刚度、可设计性、疲劳性能、耐腐蚀、减振降噪等特性，在各行业得到广泛应用，近些年在汽车领域的应用同样是呈现逐步扩展的趋势。

连续纤维复合材料因为纤维角度、铺层等各向异性特点，可根据结构形式、性能需求进行铺层设计，为防止因为纤维与基体热膨胀系数差异产生的内应力而导致的变形，要求铺层进行对称设计。

翻边隔板为纤维增强骨架与树脂基体组合形式，对于带有小翻边板式结构，为了防止平板对角卷曲(单一或[0°/90°]正交铺层占比过多，平板对角方向无纤维支撑，基体严重收缩致使板件卷曲)(见图1-图2)，同时，隔板有一定的抗扭要求和边缘开孔连接需要，通常要求设置一定比例的45°铺层，综合考虑耐冲击性，一般设置在表面位置。但是由于翻边结构特征，45°铺层无法实现中面对称结构(见图3-图5)，制件会加剧整体翘曲(见图6)。同时，厚度方向不同铺层顺序位置铺层角度一般要求在3°偏差以内，无法实现所有铺层角度理论上的毫无偏差，尤其是45°铺层跨层后难以保证铺贴精度。

当前针对带窄翻边平板结构45°不对称问题，主要解决办法是减少45°铺层比例，减小翻边位置非对称铺层的影响，或成型后进行矫形并带应力装配，对于正交铺层与不对称45°铺层叠加问题，目前还没有解决方案。

其中，减少45°铺层比例主要有两种途径，一是45°铺层数不变，整体铺层数增加，会导致整体增重、部分性能裕度过大，并且安装空间要求增大；二是整体铺层数不变，用其他铺层角度代替45°铺层，会导致扭转方向性能变低，开孔拉伸性能变差，但是平板位置卷曲倾向增加(体现在整体仍为翘曲)。

成型后矫形会增加一定的工装成本和能源消耗，带应力装配因制件本身是翘曲状态，装配时强行矫正容易在表面产生微裂纹(见图7)，载荷工况较复杂时，应力集中位置产生破坏风险极大。同时，上述两种方法对带翻边结构的工件受循环往复载荷时，其边缘端面裂纹增多、容易脱胶产生分层问题没有明显改善效果。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种连续纤维在带翻边隔板中的铺层方法和带翻边隔板。本发明通过在铺设有相对中低模量纤维的隔板本体层的表面铺设相对高模量纤维的增强层，即在相对中低模量的普通纤维主体铺层结构的表面形成高刚度包覆式纤维骨架结构，形成了具有模量差的多元混杂对称包覆交叉骨架结构，使带翻边隔板能在承受循环载荷时减小或避免自身反复变形导致的表面微裂纹产生与扩展，从而在不改变主体铺层的情况下，解决了平衡铺层结构整体不对称及纤维树脂耦合效应导致的整体翘曲问题，避免或者降低了制件在屈曲装配及受载时导致的表面微裂纹以及进一步引起的破坏风险，同时也避免了因防止翘曲问题而改变产品铺层增加重量或降低设计性能的问题。

为实现上述目的，在本发明的一个方面，本发明提出了一种连续纤维在带翻边隔板中的铺层方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：在带翻边隔板本体层的至少部分表面铺设增强层，所述带翻边隔板本体层中铺设有第一纤维，所述增强层中铺设有第二纤维，所述增强层的厚度小于所述带翻边隔板本体层的厚度，所述第二纤维的模量大于所述第一纤维的模量。