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CN104924626B - 一种复合材料纤维条、复合材料铺层及复合材料 - Google Patents

一种复合材料纤维条、复合材料铺层及复合材料 Download PDF

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Xian Aircraft Design and Research Institute of AVIC
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Abstract

本发明公开了一种复合材料纤维条、复合材料铺层及复合材料。所述复合材料纤维条包括多段纤维段(1)，其中，各段所述纤维段(1)相互首尾衔接，且各段所述纤维段(1)衔接处具有夹角(2)，所述复合材料纤维条用于构成所述复合材料铺层。采用这种结构，通过改变各段纤维段之间的夹角而改变该复合材料纤维条的轴压稳定性，从而得到更高轴压稳定性复合材料纤维条，且本发明的复合材料纤维条加工生产简单。

Description

一种复合材料纤维条、复合材料铺层及复合材料
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，特别是涉及一种复合材料纤维条、复合材料铺层及复合材料。
背景技术
现有技术中，目前国内外大量使用的复合材料中的复合材料铺层均为直纤维制造的单向带或者织物，由直纤维铺层设计和生产的复合材料层压板结构均是面内等刚度结构，其刚度较差，且复合材料层压板的轴压失稳载荷较低。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合材料纤维条来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种复合材料纤维条。所述复合材料纤维条包括三段纤维段，其中，各段所述纤维段相互首尾衔接，衔接处之间具有叠加段，用于连接相互衔接的两段纤维段，且各段所述纤维段衔接处具有夹角，所述各段纤维段衔接处的夹角度数在10度至75度之间，所述复合材料纤维条用于构成所述复合材料铺层。
本发明还提供了一种复合材料铺层，所述复合材料铺层由复数个如上所述的复合材料纤维条顺序编织而成。
本发明还提供了一种复合材料，所述复合材料由复数个相互叠加的如上所述的复合材料铺层以及复数个相互叠加的单纤维复合材料铺层组成，其中，任意两层单纤维复合材料铺层之间设置有一层所述复合材料铺层，各铺层相互叠加形成所述复合材料，该复合材料之间设置有加强筋，加强筋用于增加复合材料的强度和刚度，加强筋为两条，且相互平行设置，两条加强筋之间的距离为b，两条加强筋之间设置有一段所述纤维段以及与该所述纤维段两端衔接的纤维段的至少一部分；与该所述纤维段两端衔接的纤维段中的任意一段纤维段的至少一部分的尺寸为：占所述两条所述加强筋之间的距离b的10％至15％。
在本发明的复合材料纤维条中，复合材料纤维条包括多段纤维段，其中，各段纤维段相互首尾衔接，且各段纤维段衔接处具有夹角。
采用这种结构，通过改变各段纤维段之间的夹角而改变该复合材料纤维条的轴压稳定性，从而得到更高轴压稳定性复合材料纤维条，且本发明的复合材料纤维条加工生产简单。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的复合材料铺层的结构示意图。
图2是根据图1所示的本发明的复合材料的弹性模量随宽度的变化而变化的示意图。
附图标记：
1 纤维段 3 加强筋
2 夹角
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明的复合材料纤维条包括多段纤维段，其中，每段纤维段首尾衔接，且各段纤维段衔接处具有夹角，复合材料纤维条用于构成复合材料铺层。
采用这种结构，通过改变各段限位之间的夹角而改变该复合材料纤维条的轴压稳定性，从而得到更高轴压稳定性复合材料纤维条，且本发明的复合材料纤维条加工生产简单。
图1是根据本发明一实施例的复合材料铺层的结构示意图。图2是根据图1所示的本发明的复合材料的弹性模量随宽度的变化而变化的示意图。
如图1所示的复合材料纤维条包括三段纤维段1，其中，各段纤维段1之间相互首尾衔接，且各段纤维段1衔接处具有夹角2，该复合材料纤维条用于构成所述复合材料铺层。
可以理解的是，纤维段的数量可以根据需要而自行设定。例如，四段纤维段、五段纤维段或者更多。
在本实施例中，每两个相互衔接的纤维段1的衔接处之间具有叠加段，用于连接相互衔接的两段纤维段1。采用这种结构，能够使上述的纤维段之间具有良好的连接关系。
参见图1，在本实施例中，各段纤维段1衔接处的夹角度数在10度至75度之间。可以理解的是，通过调节该度数可以调节该复合材料铺层或复合材料的面内刚度，从而达到本发明之目的。
本发明还提供了一种复合材料铺层，所述复合材料铺层由复数个如上所述的复合材料纤维条顺序编织而成。
在本实施例中，复合材料由复数个相互叠加的如上所述的复合材料铺层组成。具体地，在本实施例中，每个上述的复合材料铺层相互叠加，形成复合材料。
可以理解的是，在一个备选实施例中，所述复合材料进一步包括复数个相互叠加的单纤维复合材料铺层，其中，任意两层单纤维复合材料铺层之间设置有复数个复合材料铺层。
参见图1，在本实施例中，所述复合材料之间设置有加强筋3，加强筋3用于增加复合材料的强度和刚度。
参见图1，在本实施例中，加强筋3为两条，且相互平行设置，两条加强筋3之间的距离为b，两条加强筋3之间设置有一段纤维段1以及与该纤维段1两端衔接的纤维段1的至少一部分；与该纤维段1两端衔接的纤维段1中的任意一段纤维段1的至少一部分的尺寸为：占两条加强筋之间的距离b的10％至15％。在该尺寸范围内，试验证明，其轴压稳定性最好。
下面以举例的方式对本发明做进一步阐释，可以理解的是，下述举例并不构成对本发明的任何限制。
参见图1及图2，该图为某一四边简支平板的的面内弹性模量随宽度的变化而变化的示意图。
该四边筒支平板的长为890mm，宽为200mm，承受60KN的压缩载荷。直纤维复合材料预浸料的材料性能为:层压板纵向模量E11＝117GPa，层压板横向模量E22＝17GPa，层压板纵横向剪切模量G12＝4.6GPa，层压板泊松比v12＝0.3，层压板单层厚度t＝0.25mm。若采用直纤维单向带按照铺层顺序[θ/-θ]8s铺叠而成，其最佳铺设角度为42.5°，其失稳因子为0.869。可通过常规试验测得，在此不再赘述。
若采用本发明的实施例中的三段纤维段的复合材料铺层，按照铺层顺序[θ/-θ]8s铺叠而成，其最佳参数为θ1＝8.6°，θ2＝54.1°，l＝25mm，其失稳因子为1.667，在不增加结构重量的前提下，该层压板的轴压失稳载荷提高了91.8％。由三段式变角度纤维的变刚度复合材料铺层铺叠而成的层压板的面内弹性模量随宽度的变化见图2，三段式变角度纤维复合材料铺层实现了面内刚度的改变，在载荷大的地方弹性模量也大，从而提高了整个结构的稳定性。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种复合材料纤维条，其特征在于，所述复合材料纤维条包括三段纤维段(1)，其中，各段所述纤维段(1)相互首尾衔接，衔接处之间具有叠加段，用于连接相互衔接的两段纤维段(1)，且各段所述纤维段(1)衔接处具有夹角(2)，所述各段纤维段(1)衔接处的夹角度数在10度至75度之间，所述复合材料纤维条用于构成所述复合材料铺层。
2.一种复合材料铺层，其特征在于，所述复合材料铺层由复数个如权利要求1所述的复合材料纤维条顺序编织而成。
3.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料由复数个相互叠加的如权利要求2所述的复合材料铺层以及复数个相互叠加的单纤维复合材料铺层组成，其中，任意两层单纤维复合材料铺层之间设置有一层所述复合材料铺层，各铺层相互叠加形成所述复合材料，该复合材料之间设置有加强筋(3)，加强筋(3)用于增加复合材料的强度和刚度，加强筋(3)为两条，且相互平行设置，两条加强筋(3)之间的距离为b，两条加强筋(3)之间设置有一段所述纤维段(1)以及与该所述纤维段(1)两端衔接的纤维段(1)的至少一部分；
与该所述纤维段(1)两端衔接的纤维段(1)中的任意一段纤维段(1)的至少一部分的尺寸为：占所述两条所述加强筋之间的距离b的10％至15％。
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