一种全铺层结构复合材料罩体的纤维预制体制备方法与流程

本发明涉及树脂基复合材料液体成型技术，特别是涉及一种全铺层结构复合材料罩体的纤维预制体制备方法。

背景技术：

树脂转移模塑成型(resintransfermolding，rtm)技术，其主要原理为首先在模腔中铺放设计好的纤维预制体并排出模腔内的气体，再采用注射设备将专用树脂体系注入模腔，树脂流动的同时浸润纤维，最后经加热固化、冷却脱模即可得到复合材料制件。对于带翻边法兰的大曲率半球结构复合材料制件，采用铺层方式制备时，每个铺层多采用若干个子铺层进行拼接缝合来实现。需要对每层的缝线位置进行设计，要求相邻的若干铺层之间的拼缝位置不能重合且相距尽量远，保证罩体的力学性能损失最小。将所有铺层铺放完毕后，再合模进行树脂注射，加热固化后脱模得到复合材料罩体。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种全铺层结构复合材料罩体的纤维预制体制备方法，能够降低制备预制体翻边法兰的难度，保证了缝合的拼缝在整个罩体壁上的均匀分布。

第一方面，本发明的实施例提出了所述的纤维预制体包括罩体顶壁部分，罩体侧壁部分和罩体水平翻边部分，将纤维预制体铺层分为若干个铺层单元，分别记为l1～ln，每个铺层单元包括m层纤维铺层，纤维铺层分别记为lnp1～lnpm，，所述每个铺层单元一一对应设有铺叠模，铺叠模分别记为m1～mn；其制备方法包括如下步骤：

s1：制作铺层单元l1，包括如下分步骤：

s1.1：通过激光投影在铺叠模m1上投放出纤维铺层l1p1第一缝合线位置、第二缝合线位置和极点位置标记，第一缝合线位置与第二缝合线位置相对于罩体轴线间隔角度为180°；

s1.2：将纤维铺层l1p1平展铺放在下料台面上，在纤维铺层l1p1用虚线标注出下料区域，在下料区域内标注出若干条径向示踪线、纬向示踪线以及极点记号；

s1.3：将下料区域裁切下来，并将纤维铺层l1p1上的极点记号与铺叠模m1上的极点位置标记对齐，沿极点位置标记逐渐向铺叠模m1表面四周平铺纤维铺层l1p1，在第一缝合线位置与第二缝合线位置处做剪口并将多余的料片减去；

s1.4：取下步骤3中裁剪好的纤维铺层l1p1平铺在下料台面上，通过测量将纤维铺层l1p1的形状制作成平面激光投影数字文件f1p1；

s1.5：根据几何构型计算出每层纤维铺层的放大系数a，并以f1p1为基准依次按照放大系数制作出投影数字文件f1p2～f1pm；

s1.6：在下料平台上依据投影文件f1p2～f1pm的外轮廓进行下料，得到纤维铺层l1p2～l1pm；

s1.7：将s1.4中裁剪好的纤维铺层l1p1铺放在铺叠模m1上，并将纤维铺层l1p1上的极点记号与铺叠模m1上的极点位置标记对齐，沿极点位置标记逐渐向铺叠模m1表面四周平铺纤维铺层l1p1，将第一缝合线与第二缝合线缝合，完成纤维铺层l1p1的铺放；

s1.8：在铺叠模m1上通过激光投影投放出纤维铺层l1pk的第一缝合线位置、第二缝合线位置和极点位置标记，纤维铺层l1pk的第一缝合线位置相对于纤维铺层l1pk-1的第一缝合线位置在铺叠模水平面处的旋转角度为θ，纤维铺层l1pk的第二缝合线位置相对于纤维铺层l1pk-1的第二缝合线位置在铺叠模水平面处的旋转角度为θ，将纤维铺层l1pk的极点记号与铺叠模m1上的极点位置标记对齐，沿极点位置标记逐渐向铺叠模m1表面四周平铺纤维铺层，将l1pk层的第一缝合线位置和l1pk层的第二缝合线位置进行缝合，完成l1pk层的铺放，其中k＝2～m，至此完成铺层单元l1的制作；

s2：按照s1的步骤在铺叠模mn上，铺放铺层单元ln中的lnpk层，其中k＝1～m，完成铺层单元ln的制作，其中n大于等于2；

s3：固定铺叠模m1，将铺层单元ln从铺叠模mn上取下，套装在铺层单元ln-1上，n大于等于2，其中铺层单元ln中lnp1层的第一缝合线位置以及第二缝合线位置相对于铺层单元ln-1中ln-1pm层的第一缝合线位置以及第二缝合线位置在铺叠模水平面处的旋转角度为θ，完成整个罩体铺层单元l1～ln的纤维预制体组装。

进一步地，所述下料区域的面积大于铺叠模m1的铺叠表面面积。

进一步地，所述奇数铺层单元与偶数铺层单元的旋转方向相同，且同为逆时针。

进一步地，所述纤维铺层为平纹布纤维织物、玻璃纤维或石英纤维。

进一步地，所述放大系数a是定值。

综上，本发明每个纤维铺层均为整铺层，由于铺层中没有子铺层，减少了拼接料片的数量。相比将若干子铺层通过缝合拼接制备的铺层，每层的拼缝长度短，减少了缝合时间。采用的整铺层制备的纤维预制体在罩体顶部球形部分的极点处没有拼缝，保留了极点附近内部纤维的完整性。整铺层中包含翻边部分，降低了制备预制体翻边法兰的难度。铺层单元中每层纤维铺层的拼缝位置均以一定的角度间隔相对于罩体的回转轴进行旋转，保证了缝合的拼缝在整个罩体壁上的均匀分布。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述纤维预制体的结构示意图；

图2是本发明所述纤维预制半剖视图；

图3是本发明所述纤维预制体透视图；

图4是本发明所述纤维铺层及示踪线标记；

图5本发明所述裁剪后纤维铺层的形状；

图6本发明所述相邻两个纤维铺层缝线位置旋转示意图。

图中：

1、罩体顶壁部分；2、罩体侧壁部分；3、罩体水平翻边部分；4、铺层单元l1；5、铺层单元ln；6、铺叠模m1；7、纤维铺层l1p1第一缝合线；8、纤维铺层l1p1第二缝合线；9、极点位置标记；10、下料区域；11、径向示踪线；12、纬向示踪线；13、极点记号；14、裁剪后的纤维铺层；15、纤维铺层l1p2第一缝合线；16、纤维铺层l1p2第二缝合线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1至图6所示，是本发明实施例的一种全铺层结构复合材料罩体的纤维预制体制备方法，所述的纤维预制体包括罩体顶壁部分1，罩体侧壁部分2和罩体水平翻边部分3将纤维预制体铺层分为若干个铺层单元，分别记为l1～ln，每个铺层单元包括m层纤维铺层，纤维铺层分别记为lnp1～lnpm，，所述每个铺层单元一一对应设有铺叠模，铺叠模分别记为m1～mn；其制备方法包括如下步骤：

s1：制作铺层单元l1，包括如下分步骤：

s1.1：通过激光投影在铺叠模m1上投放出纤维铺层l1p1第一缝合线7位置、纤维铺层l1p1第二缝合线8位置和极点位置标记9，纤维铺层l1p1第一缝合线7位置与纤维铺层l1p1第二缝合线8位置相对于罩体轴线间隔角度为180°；

s1.2：将纤维铺层l1p1平展铺放在下料台面上，在纤维铺层l1p1用虚线标注出下料区域，在下料区域内标注出若干条径向示踪线11、纬向示踪线12以及极点记号13；

s1.3：将下料区域10裁切下来，并将纤维铺层l1p1上的极点记号13与铺叠模m1上的极点位置标记9对齐，沿极点位置标记9逐渐向铺叠模m1表面四周平铺纤维铺层l1p1，在纤维铺层l1p1第一缝合线7位置与纤维铺层l1p1第二缝合线8位置处做剪口并将多余的料片减去；

s1.4：取下步骤3中裁剪好的纤维铺层l1p1平铺在下料台面上，通过测量将纤维铺层l1p1的形状制作成平面激光投影数字文件f1p1；

s1.5：根据几何构型计算出每层纤维铺层的放大系数a，并以f1p1为基准依次按照放大系数制作出投影数字文件f1p2～f1pm；

s1.6：在下料平台上依据投影文件f1p2～f1pm的外轮廓进行下料，得到纤维铺层l1p2～l1pm；

s1.7：将s1.4中裁剪好的纤维铺层l1p1铺放在铺叠模m1上，并将纤维铺层l1p1上的极点记号13与铺叠模m1上的极点位置标记9对齐，沿极点位置标记9逐渐向铺叠模m1表面四周平铺纤维铺层l1p1，将纤维铺层l1p1第一缝合线7与纤维铺层l1p1第二缝合线8缝合，完成纤维铺层l1p1的铺放；

s1.8：在铺叠模m1上通过激光投影投放出纤维铺层l1pk的第一缝合线位置、第二缝合线位置和极点位置标记，纤维铺层l1pk的第一缝合线位置相对于纤维铺层l1pk-1的第一缝合线位置在铺叠模水平面处的旋转角度为θ，纤维铺层l1pk的第二缝合线位置相对于纤维铺层l1pk-1的第二缝合线位置在铺叠模水平面处的旋转角度为θ，将纤维铺层l1pk的极点记号13与铺叠模m1上的极点位置标记9对齐，沿极点位置标记9逐渐向铺叠模m1表面四周平铺纤维铺层，将l1pk层的第一缝合线位置和l1pk层的第二缝合线位置进行缝合，完成l1pk层的铺放，其中k＝2～m，至此完成铺层单元l1的制作；

在步骤s1.8中，以纤维铺层l1p2为例，如图6所示，其中裁剪后的纤维铺层14，纤维铺层l1p1第一缝合线7，纤维铺层l1p1第二缝合线8，纤维铺层l1p2第一缝合线15，纤维铺层l1p2第二缝合线16，极点位置标记9。确定旋转方向为顺时针方向或逆时针方向，旋转方向确定后，后续铺层均使用同一方向进行旋转。按照在铺叠模m1上通过激光投影投放出纤维铺层l1p2第一缝合线15，纤维铺层l1p2第二缝合线16和极点位置标记9。纤维铺层l1p2第一缝合线15相比纤维铺层l1p1第一缝合线7在铺叠模m1水平面处的旋转角度为θ，纤维铺层l1p2第二缝合线16相比纤维铺层l1p1第二缝合线8在铺叠模m1水平面处的旋转角度为θ。将纤维铺层l1p2的极点记号13与铺叠m1激光投影投放出的极点位置标记9对齐，沿极点位置标记9逐渐向铺叠模m1表面四周平铺纤维铺层，将纤维铺层l1p2的第一缝合线15位置和纤维铺层l1p2的第二缝合线16位置进行缝合，完成纤维铺层l1p2的铺放。

s2：按照s1的步骤铺叠模mn上，铺放铺层单元ln中的lnpk层，其中k＝1～m，完成铺层单元ln的制作，其中n大于等于2；

s3：固定铺叠模m1，将铺层单元ln从铺叠模mn上取下，套装在铺层单元ln-1上，n大于等于2，其中铺层单元ln中lnp1层的第一缝合线位置以及第二缝合线位置相对于铺层单元ln-1中ln-1pm层的第一缝合线位置以及第二缝合线位置在铺叠模水平面处的旋转角度为θ，完成整个罩体铺层单元l1～ln的纤维预制体组装。

在步骤s3中，以所制备罩体的纤维预制体中n＝3，m＝6，旋转角度θ＝30°，旋转方向为逆时针时为例，当铺层单元l1～l3均已制备完毕时，s3的实施包括如下步骤：

步骤1：固定铺叠模m1，将铺层单元l2从铺叠模m2上取下套装在铺层单元l1上，其中铺层单元l2中l2p1层的第一缝合线位置以及第二缝合线位置相对于铺层单元l1中l1p6层的第一缝合线位置以及第二缝合线位置在铺叠模水平面处的旋转角度为逆时针方向30°，完成铺层单元l1与l2的纤维预制体组装；

步骤2：固定铺叠模m1，将铺层单元l3从铺叠模m3上取下套装在铺层单元l2上，其中铺层单元l3中l3p1层的第一缝合线位置以及第二缝合线位置相对于铺层单元l2中l2p6层的第一缝合线位置以及第二缝合线位置在铺叠模水平面处的旋转角度为逆时针方向30°，完成铺层单元l3与l2的纤维预制体组装，至此整个罩体铺层单元l1～l3的纤维预制体组装完毕。

作为本发明的一具体实施例，所述下料区域10的面积大于铺叠模m14的铺叠表面面积。

作为本发明的一具体实施例，所述奇数铺层单元与偶数铺层单元的旋转方向相同，且同为逆时针或顺时针。

作为本发明的一具体实施例，所述纤维铺层为平纹布纤维织物、玻璃纤维或石英纤维。

作为本发明的一具体实施例，所述放大系数a是定值。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。