一种复合材料异形曲面蜂窝的制备方法

本发明涉及平面及曲面蜂窝制备领域，具体涉及一种复合材料异形曲面蜂窝的制备方法。

背景技术：

1、复合材料蜂窝结构具有轻质、高比刚度和高比强度等优异的力学性能，广泛应用于航天结构。蜂窝结构不仅应用于平板结构，还可以形成复杂曲面结构以适应各种曲面外形。然而，复合材料曲面蜂窝结构的成型技术仍不完善。现有曲面蜂窝制作工艺主要包括自然弯曲、钳索技术、3d打印技术、纤维缠绕技术、3d打印技术和折纸工艺。前五种技术无法适配于复合材料或不适用于现代化工业生产。而折叠法(公开号：cn114055825a)主要针对蜂窝筒壳结构，对于任意上下表面适应性差，无法适配所有上下表面。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有复合材料任意曲面蜂窝并没有一套合适的成型技术的问题，进而提出一种复合材料异形曲面蜂窝的制备方法。

2、本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

3、一种复合材料异形曲面蜂窝的制备方法包括如下过程：

4、步骤一、材料选定和预处理：制备材料选用复合材料预浸料条，根据不同上下曲面结构计算所需复合材料预浸料条的尺寸、形状和数量，复合材料预浸料条包括上层预浸料条和下层预浸料条，使用高精度数控切割机，根据计算出的预定尺寸和形状对复合材料预浸料进行切割，得出多个复合材料预浸料条，并逐一进行编号；

5、步骤二、预浸料条折叠：将复合材料预浸料条与对应的波浪型模具贴合并进行折叠，折叠过程中复合材料预浸料条的边缘与波浪型模具的转折处对齐，且复合材料预浸料条与波浪型模具贴合紧密且无褶皱；

6、步骤三、高温固化：根据复合材料预浸料的固化要求，设置热压机的温度、压力和时间参数，将固定好的波浪型模具及其上的复合材料预浸料条一同放入热压机中，启动热压机，按照预设的温度、压力和时间参数进行固化处理；

7、步骤四、脱模与排列组合：待复合材料预浸料条完全固化并冷却后，拆除波浪型模具，脱模后将复合材料预浸料条按照编号进行排列，先排列下层预浸料条，后在下层预浸料条上方逐个插嵌上层预浸料条，上层预浸料条与下层预浸料条之间交错排列，形成嵌合的曲面蜂窝；

8、步骤五、修整：排列组合完成后，检查复合材料预浸料条交叉处是否存在缺陷，并在缺陷处进行固定修整。

9、进一步地，所述步骤一中复合材料预浸料条包括支撑结构和配合结构，支撑结构的形状和尺寸均根据上下曲面形状和蜂窝单胞的大小设定，下层预浸料条中配合结构切割图形的上边缘与上层预浸料条中配合结构切割图形的下边缘一致，下层预浸料条中配合结构切割图形的下边缘和上层预浸料条中配合结构切割图形的上边缘的形状和尺寸均根据上下曲面形状和蜂窝单胞的大小设定。

10、进一步地，所述步骤二中波浪型模具的转角处与支撑结构和配合结构的交界处重合，且波浪型模具转角处的转折角度与不同蜂窝单胞结构配合所需角度相匹配。

11、进一步地，所述异形曲面蜂窝的蜂窝单胞为三角形、六边形、八边形或负泊松比单胞。

12、进一步地，所述负泊松比单胞包括凹六边形、双梯形和星型。

13、进一步地，所述步骤二中，当异形曲面蜂窝的蜂窝单胞为三角形时，波浪型模具转角处的转折角度为60°；当异形曲面蜂窝的蜂窝单胞为六边形时，波浪型模具转角处的转折角度为120°；当异形曲面蜂窝的蜂窝单胞为八边形时，波浪型模具转角处的转折角度以135°、270°、270°、135°、225°、90°、90°、225°为一个周期重复循环。

14、进一步地，所述步骤二中，当异形曲面蜂窝的蜂窝单胞为凹六边形时，下层预浸料条的波浪型模具转角处的转折角度为120°，上层预浸料条的波浪型模具转角处的转折角度为60°；当异形曲面蜂窝的蜂窝单胞为双梯形时，下层预浸料条的波浪型模具转角处的转折角度为(180°-α)，上层预浸料条的波浪型模具转角处的转折角度为(180°-β)。

15、进一步地，所述步骤二中，在折叠过程中复合材料预浸料条的弯折方向根据上层预浸料条和下层预浸料条之间的配合方式设定。

16、进一步地，所述步骤一中下层预浸料条包括下层中间预浸料条和下层边缘预浸料条，上层预浸料条包括上层中间预浸料条、上层一侧边缘预浸料条和上层另一侧边缘预浸料条。

17、进一步地，所述步骤四中下层预浸料条排列时，下层中间预浸料条和下层边缘预浸料条交替设置，上层预浸料条逐个插嵌在下层预浸料条上时，上层预浸料条以左上角为起点，从左至右按照顺序排列上层中间预浸料条和上层一侧边缘预浸料条，从上向下按照顺序排列上层另一侧边缘预浸料条。

18、本发明与现有技术相比包含的有益效果是：

19、1.提出一套制备复合材料曲面蜂窝结构的成型技术。本发明采用新型成型工艺制备复合材料蜂窝结构，制备方法简单，容易实现批量化制备。

20、2.该成型方法不仅可以成型六边形蜂窝结构，还可以成型三角形、八边形和负泊松比等类型的蜂窝结构。

21、3.该成型方法可以适用于成型任意已知上下表面蜂窝结构且对复合材料特性要求较低。

22、4.复合材料为轻质材料，有效减轻蜂窝结构整体重量。

技术特征：

1.一种复合材料异形曲面蜂窝的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下过程：

2.根据权利要求1所述一种复合材料异形曲面蜂窝的制备方法，其特征在于：所述步骤一中复合材料预浸料条包括支撑结构和配合结构，支撑结构的形状和尺寸均根据上下曲面形状和蜂窝单胞的大小设定，下层预浸料条中配合结构切割图形的上边缘与上层预浸料条中配合结构切割图形的下边缘一致，下层预浸料条中配合结构切割图形的下边缘和上层预浸料条中配合结构切割图形的上边缘的形状和尺寸均根据上下曲面形状和蜂窝单胞的大小设定。

3.根据权利要求2所述一种复合材料异形曲面蜂窝的制备方法，其特征在于：所述步骤二中波浪型模具的转角处与支撑结构和配合结构的交界处重合，且波浪型模具转角处的转折角度与不同蜂窝单胞结构配合所需角度相匹配。

4.根据权利要求3所述一种复合材料异形曲面蜂窝的制备方法，其特征在于：所述异形曲面蜂窝的蜂窝单胞为三角形、六边形、八边形或负泊松比单胞。

5.根据权利要求4所述一种复合材料异形曲面蜂窝的制备方法，其特征在于：所述负泊松比单胞包括凹六边形、双梯形和星型。

6.根据权利要求4所述一种复合材料异形曲面蜂窝的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，当异形曲面蜂窝的蜂窝单胞为三角形时，波浪型模具转角处的转折角度为60°；当异形曲面蜂窝的蜂窝单胞为六边形时，波浪型模具转角处的转折角度为120°；当异形曲面蜂窝的蜂窝单胞为八边形时，波浪型模具转角处的转折角度以135°、270°、270°、135°、225°、90°、90°、225°为一个周期重复循环。

7.根据权利要求5所述一种复合材料异形曲面蜂窝的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，当异形曲面蜂窝的蜂窝单胞为凹六边形时，下层预浸料条的波浪型模具转角处的转折角度为120°，上层预浸料条的波浪型模具转角处的转折角度为60°；当异形曲面蜂窝的蜂窝单胞为双梯形时，下层预浸料条的波浪型模具转角处的转折角度为(180°-α)，上层预浸料条的波浪型模具转角处的转折角度为(180°-β)。

8.根据权利要求1所述一种复合材料异形曲面蜂窝的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，在折叠过程中复合材料预浸料条的弯折方向根据上层预浸料条和下层预浸料条之间的配合方式设定。

9.根据权利要求1所述一种复合材料异形曲面蜂窝的制备方法，其特征在于：所述步骤一中下层预浸料条包括下层中间预浸料条和下层边缘预浸料条，上层预浸料条包括上层中间预浸料条、上层一侧边缘预浸料条和上层另一侧边缘预浸料条。

10.根据权利要求9所述一种复合材料异形曲面蜂窝的制备方法，其特征在于：所述步骤四中下层预浸料条排列时，下层中间预浸料条和下层边缘预浸料条交替设置，上层预浸料条逐个插嵌在下层预浸料条上时，上层预浸料条以左上角为起点，从左至右按照顺序排列上层中间预浸料条和上层一侧边缘预浸料条，从上向下按照顺序排列上层另一侧边缘预浸料条。

技术总结一种复合材料异形曲面蜂窝的制备方法，它涉及平面及曲面蜂窝制备领域。本发明为解决现有复合材料任意曲面蜂窝并没有一套合适的成型技术的问题。一种复合材料异形曲面蜂窝的制备方法包括如下过程：步骤一、材料选定和预处理；步骤二、预浸料条折叠；步骤三、高温固化；步骤四、脱模与排列组合；步骤五、修整。本发明用于异形曲面蜂窝结构的制备。技术研发人员：熊健,顿量受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2