一种带有面内剪切变形的预制体复合成型方法与装置与流程

本发明涉及复合材料成型，特别涉及一种带有面内剪切变形的预制体复合成型方法及装置。

背景技术：

1、复合材料具有优异的综合性能，在新材料产业中有着战略性的地位。其中，三维机织预制体可以近净形制备尺寸不同、形状复杂的异形复合材料构件，实现复合材料的一体化设计制造。

2、预制体作为复合材料的增强结构，往往需要通过变形来满足复合材料构件的结构外形，这个过程涉及到预制体的拉伸、压缩、剪切、弯曲等变形。相关技术中，通常应用相框剪切试验或偏轴拉伸试验对预制体的剪切特性进行研究。如中国专利cn107084874b、cn208313705u和cn 214224754u等，通过对相框夹具进行改进以实现预制体剪切特性的研究。

3、预制体变形的目的是实现复合材料产品的近净形成型，而变形后的预制体作为复合材料构件的增强相必然会影响构件的力学性能，因此，对复合材料产品进行设计时应考虑预制体变形对复合材料的影响。然而，相关技术中预制体的剪切变形组件仅能实现对预制体的剪切性能的研究，无法实现预制体剪切变形对复合材料力学性能的影响研究。

4、因此，基于上述问题，亟需一种带有面内剪切变形的预制体复合成型方法及装置。

技术实现思路

1、为了实现预制体剪切变形对复合材料力学性能的影响研究，本发明提供了一种带有面内剪切变形的预制体复合成型方法及装置。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种带有面内剪切变形的预制体复合成型装置，包括：变形组件和限位组件，其中：

3、所述变形组件包括两组夹持卡具、四个紧固件和若干个固定件，每组夹持卡具均由四个夹持边框组成，每个夹持边框通过紧固件首尾相连以使所述夹持卡具形成四边形；两组夹持卡具分别位于待变形预制体的上下两侧，且每组夹持卡具的四个夹持边框上下一一对应，所述夹持卡具用于实现待变形预制体的夹持及变形；所述固定件位于每个夹持边框上，用于将所述待变形预制体与所述变形组件固定在一起；

4、所述限位组件包括四个限厚垫圈、两个第一固定条和两个固定底板，限厚垫圈位于两组夹持卡具之间，并分别与每个紧固件相连，所述限厚垫圈用于对预制体成型复合材料的厚度进行限定；所述固定底板放置于变形后的预制体上下表面，用于对变形后的预制体的表面进行压合；所述第一固定条用于对变形后的预制体进行固定，两个第一固定条分别位于固定底板的上下两侧，且相互平行，每个第一固定条的两端通过所述夹持边框中两个相对角的紧固件与所述变形组件相连接。

5、优选地，每个夹持边框的长度均相等，以使所述夹持卡具形成正方形。

6、优选地，每个夹持边框均由夹持区域和位于夹持区域两端的搭接区域组成，所述搭接区域的厚度为所述夹持区域厚度的一半。

7、优选地，每个搭接区域上均设有第一连接孔，所述紧固件穿过所述第一连接孔将两组夹持卡具连接在一起。

8、优选地，所述夹持区域的长度通过如下公式确定得到：

9、

10、式中，ld为所述夹持区域的长度，lp为夹持边框中两个第一连接孔中心的距离，w0为每个夹持边框的宽度，γm为所述待变形预制体的最大剪切变形角，δ1为第一裕留量。

11、优选地，每个夹持边框的夹持区域上均分布有若干个第二连接孔，所述第二连接孔用于容纳固定件。

12、优选地，所述固定底板与变形后预制体变形区的形状相同；其中，所述固定底板的边长通过如下公式确定得到：

13、

14、式中，lm为所述固定底板的边长，lp为每个夹持边框中两个第一连接孔中心的距离，γ为待变形预制体的剪切变形角，δ2为第二裕留量。

15、优选地，所述限位组件还包括两个第二固定条；两个第二固定条分别位于所述变形组件的上下两侧，位于同一侧的第二固定条与第一固定条相互垂直，每个第二固定条的两端分别通过夹持边框中另外两个相对角的紧固件与所述变形组件相连接。

16、优选地，每个第一固定条的两端均设有若干个第三连接孔，每个第二固定条的两端均设有若干个第四连接孔，所述紧固件分别穿过所述第三连接孔和所述第四连接孔，以使所述变形组件分别与所述第一固定条和所述第二固定条相连接。

17、优选地，所述第二固定条的长度大于所述第一固定条的长度。

18、优选地，相邻第三连接孔中心的距离和相邻第四连接孔中心的距离通过如下公式确定得到的：

19、lc＝2lpsin(γ/2)

20、lc'＝2lpcos(γ/2)

21、式中，lc为相邻第三连接孔中心的距离，lc'为相邻第四连接孔中心的距离，lp为夹持边框中两个第一连接孔中心的距离，γ为待变形预制体的剪切变形角。

22、优选地，所述待变形预制体包括变形区和夹持区，所述变形区和所述夹持区共同形成为十字形。

23、更为优选地，所述待变形预制体的夹持区长度通过如下公式确定得到：

24、

25、式中，ly为所述待变形预制体的夹持区长度，lp为每个夹持边框上两个搭接区中两个第一连接孔中心之间的距离，γ为待变形预制体的剪切变形角，δ3为第三裕留量。

26、第二方面，本发明实施例提供了一种上述第一方面任一项所述的带有面内剪切变形的预制体复合成型装置制备复合材料的方法，所述方法包括：

27、(1)将所述待变形预制体组装于所述变形组件中，并将限厚垫圈放置于两组夹持卡具之间，利用夹持卡具对所述待变形预制体进行夹持；

28、(2)将所述变形组件中其中一个紧固件对应的角点固定，移动变形组件中与其相对角点的紧固件至预设位移，以使所述待变形预制体发生剪切变形；

29、(3)在变形后的预制体的上下表面放置固定底板，并利用紧固件分别在固定底板的上下两侧设置第一固定条，以对变形后的预制体进行固定；

30、(4)将步骤(3)中的预制体放置于真空袋中，利用真空袋压树脂导流成型工艺对预制体进行复合成型，得到复合材料。

31、本发明与现有技术相比至少具有以下有益效果：

32、本发明通过将预制体剪切变形和复合成型关联在一起，设计了一种预制体剪切变形和复合成型一体化的装置，该装置由变形组件和限位组件组成，变形组件用于对待变形预制体进行夹持并使其发生剪切变形，利用变形组件对预制体完成剪切变形之后，在变形组件的上下两侧设置限位组件以对变形后的预制体形状进行固定，最后真空袋压树脂导流成型工艺实现复合材料成型。由此可见，本发明中的成型装置能够同时实现预制体的剪切变形、剪切变形后预制体状态的保持和剪切变形状态下预制体的复合成型，从而能够实现含面内剪切变形预制体增强复合材料试验件的制备。装置结构简单、通用性强，适用于不同厚度、多种角度剪切变形预制体试验件制备，进而实现剪切变形状态对预制体增强复合材料力学性能研究。

1.一种带有面内剪切变形的预制体复合成型装置，其特征在于，包括变形组件和限位组件，其中：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个夹持边框均由夹持区域和位于夹持区域两端的搭接区域组成，所述搭接区域的厚度为所述夹持区域厚度的一半；和/或

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述夹持区域的长度通过如下公式确定得到：

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，每个夹持边框的夹持区域上均分布有若干个第二连接孔，所述第二连接孔用于容纳固定件。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定底板的边长通过如下公式确定得到：

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述限位组件还包括两个第二固定条；两个第二固定条分别位于所述固定底板的上下两侧，位于同一侧的第二固定条与第一固定条相互垂直，每个第二固定条的两端分别通过夹持边框中另外两个相对角的紧固件与所述变形组件相连接。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二固定条的长度大于所述第一固定条的长度；

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，相邻第三连接孔中心的距离和相邻第四连接孔中心的距离分别是通过如下公式确定得到的：

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述待变形预制体包括变形区和夹持区，所述变形区和所述夹持区共同形成为十字形；和/或

10.一种根据权利要求1至9中任一项所述的带有面内剪切变形的预制体复合成型装置制备复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括：