[发明专利]一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件及其多点模具成型方法

权利要求书

1.一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件，其特征在于，包括：

构件主体，所述构件主体为仿生红耳滑龟龟壳的三明治结构；

所述构件主体形成有上蒙皮、中间层和下蒙皮；

所述上蒙皮和下蒙皮为多层纤维材料；

所述上蒙皮和下蒙皮采用仿生龟壳腹侧皮层无序铺排方式与背侧皮层0或90°正交铺排方式；或

螳螂虾螯棒镜面对称或中心对称螺旋铺排方式；或

鱼类鳞片分组铺排方式；或

多种生物组合的铺排方式；

所述中间层为具有孔隙结构的泡沫金属材料或三维编织材料；所述中间层为仿生红耳滑龟龟壳松质骨结构；

所述构件主体整块成型或构件主体通过形成厚度的空间人字形缝合线单向纤维材料连接；

所述纤维材料由空间人字形缝合线处向两侧的构件主体延伸形成网格以实现包覆整体构件主体。

2.如权利要求1所述一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件，其特征在于：

所述上蒙皮、下蒙皮的纤维层以仿生龟壳的腹侧皮层与背侧皮层结构按无序方式与0或90°正交方式铺排；其中

所述无序铺排方式指纤维层的铺排方向随机，0或90°铺排方式指纤维层按0°和90°两个角度循环铺排。

3.如权利要求1所述一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件，其特征在于：

所述上蒙皮、下蒙皮中的纤维层以仿生螳螂虾的螯棒结构按螺旋方式铺排，铺排方式为镜面对称铺排与中心对称铺排；其中

所述镜面对称铺排为相邻纤维层的取向旋转一个角度α(2°α18°)，所述纤维层绕垂直于纤维层且过纤维层中心的旋转轴按一方向从0°逐层扭转铺排至180°、再按相反方向从180°逐层扭转铺排至0°；

所述中心对称铺排为纤维层按一方向从0°逐层扭转铺排至180°，再按相同方向从180°逐层扭转铺排至360°，其相邻纤维层的纤维取向夹角为β(2°β18°)。

4.如权利要求1所述一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件，其特征在于：

所述上蒙皮、下蒙皮中的纤维层以仿生巨骨舌鱼鳞片结构按多组纤维层0或90°正交方式铺排；

每组所述纤维层由多层纤维层平行排列构成，每组纤维层中的纤维取向一致；

多组所述纤维层正交铺排呈相邻两组纤维取向为0或90°正交方式铺排。

5.如权利要求1所述一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件，其特征在于：

所述上蒙皮、下蒙皮中的纤维层以仿生鲤鱼鳞片结构按多组纤维层螺旋方式铺排；

多组所述纤维层螺旋铺排为相邻两组的纤维取向成一角度δ(2°δ18°)，纤维层组绕垂直于纤维层且过纤维层中心的旋转轴累积旋转180°构成一个周期。

6.如权利要求1所述的一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件的多点模具成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：剪裁出预浸料纤维材料，按预设角度铺排；

步骤二：通过控制发泡剂含量制备出孔隙从上至下增大的泡沫金属材料，在其侧加工出人字形状；

步骤三：在完成铺排的纤维层与泡沫金属材料间加入胶膜，放入多点模具或者一体式模具中热压成型，得到三明治结构；

步骤四：使用单向纤维预浸料包覆三明治结构后，将多块三明治结构拼接组合，再次放入多点模具或者一体式模具热压成型；

步骤五：在成型好的整体三明治结构外表面涂覆软质橡胶材料，以得到纤维增强复合材料构件。

7.如权利要求1所述的一种基于组合仿生的纤维增强复合材料构件的多点模具成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：通过三维编织技术编织出中间层与上、下蒙皮一体化的三维纤维布并裁剪成需要的形状；

步骤二：在玻璃片上使用密封胶贴出正方形框、并在正方形框内喷涂脱模剂；

步骤三：将三维纤维布放置于正方形框中，配比环氧树脂并浸润三维纤维布；

步骤四：在浸润的三维纤维布上铺设打孔隔离膜、吸胶毡和真空袋膜；

步骤五：进行真空吸附并检查是否存在漏气情况，待树脂固化后得到三维纤维增强复合材料构件。