1.本发明属于梁柱结构设计技术领域，尤其是涉及一种高性能梁柱结构及其制造方法。
背景技术：
2.无人机、机器人、外骨骼等机器装置的设计和制备过程呈现多目标特性，且各目标之间往往存在矛盾：例如，为了提高无人机、水下机器人/外骨骼结构的抗弯、抗压性能，一般会增加密度较大的金属材料的用量，但密度的增大会降低结构的机动性，甚至因不能悬浮于空气/水中而导致结构无法正常服役；反过来，为了提高结构的机动性而减少金属材料的使用，那么结构的抗压、抗弯性能将得不到保证，结构的安全性和使用性存在隐患。
技术实现要素：
3.本发明为了克服现有技术的不足，提供一种梁柱结构的制造方法及采用该制造方法加工的高性能梁柱结构。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种梁柱结构的制造方法，包括以下步骤：
5.s1：采用固体浮力材料制作得到内部结构，该固体浮力材料由空心微珠和环氧树脂组成；
6.s2：采用纤维增强复合材料制作得到外部结构；
7.s3：通过外部结构和内部结构粘接得到梁柱结构。
8.可选的，所述梁柱结构采用预制法或现浇法制造。
9.可选的，所述预制法包括以下步骤：
10.s1 a:采用固体浮力材料制作内部结构；
11.s2a:在内部结构表面刷胶黏剂或者黏贴胶膜，并铺设纤维增强复合材料覆盖内部结构以形成外部结构；
12.s3a:采用成型工艺固化形成梁柱结构。
13.可选的，所述现浇法包括以下步骤：
14.s1 b:采用纤维增强复合材料制作筒状外部结构，并使用成型工艺固化；
15.s2b:在外部结构内表面刷胶黏剂或者黏贴胶膜；
16.s3b:将空心微珠和环氧树脂的混合物倒入外部结构内以形成内部结构，冷却形成梁柱结构。
17.本发明还公开了一种高性能梁柱结构，该梁柱结构由上述的任一梁柱结构的制造方法加工而成，所述梁柱结构包括由固体浮力材料制成的内部结构、由纤维增强复合材料制成的外部结构，所述外部结构套设于内部结构并相互粘接。
18.可选的，所述外部结构由一层预浸料形成或多层预浸料铺设形成。
19.可选的，所述外部结构由多层预浸料以[0/90]的铺层顺序固化形成。
[0020]
可选的，所述预浸料设为单向预浸料、二维编织预浸料、三维编织预浸料中的一种。
[0021]
可选的，所述空心微珠表面设有隐身层、静音层、保温层中的一种或多种。
[0022]
可选的，所述内部结构表面设有补强层，所述补强层的材质设为金属、陶瓷、复合材料中的一种。
[0023]
综上所述，本发明通过将固体浮力材料和纤维增强复合材料组合形成梁柱结构，可以保证梁柱结构密度小于水的同时，使两种材料优势互补，获得良好的抗压、抗弯性能，提高结构的安全性和实用性。
具体实施方式
[0024]
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
[0025]
一种高性能梁柱结构，包括由固体浮力材料制成的内部结构及由纤维增强复合材料制成的外部结构，该外部结构套设于内部结构，且内部结构和外部结构粘接相连；该固体浮力材料由空心微珠和环氧树脂组成。
[0026]
通过合理设计固体浮力材料和纤维增强复合材料的组合结构，可以保证梁柱结构密度小于水的同时，使两种材料优势互补，获得良好的抗压、抗弯性能。
[0027]
性能增强原理如下:固体浮力材料密度以及纤维增强复合材料都具有质量轻、强度高的优良特性。然而，固体浮力材料抗弯性能较差，纤维增强复合材料一般为薄壳结构，外荷载作用下容易发生失稳。单轴压力作用下，未受纤维增强复合材料包裹的固体浮力材料仅在轴向产生应力。而受纤维增强复合材料包裹的固体浮力材料径向和环向变形受纤维增强复合材料约束，在轴向、径向和环向同时产生应力，材料的三向受压状态要比单向受压状态强度更高。以gfc
‑
068固体浮力材料为例，单向受压下其抗压强度约为150mpa；而在三向受压作用下，其抗压强度可以超过200mpa。弯曲构件两侧分别承受拉伸和压缩用力，固体浮力材料抗压能力较差，因为其抗弯性能取决于抗拉能力。采用纤维增强复合材料包裹浮力材料后，拉应力大部分被抗拉能力较强的纤维增强复合材料承担，组合结构的抗弯性能得到极大的提升。
[0028]
在一些实施例中，所述内部结构和外部结构通过任意型号或厂家生产的胶膜或任意有粘结能力的胶黏剂粘接。
[0029]
在一些实施例中，所述纤维增强复合材料由一层预浸料形成或多层预浸料铺设形成。
[0030]
在一些实施例中，所述纤维增强复合材料由任意型号、形状、铺层以及尺寸的预浸料制成。
[0031]
在一些实施例中，所述预浸料的增强材质设为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、陶瓷纤维等任意类型的纤维增强复合材料中的一种。
[0032]
在一些实施例中，所述预浸料设为单向预浸料、二维编织预浸料、三维编织预浸料中的一种。
[0033]
在一些实施例中，所述内部结构的形状设为圆形、多边形、椭圆形、水滴形等任意形状及尺寸的结构中的一种。
[0034]
在一些实施例中，所述内部结构的外表面设有补强层，该补强层的材质设为金属、陶瓷、复合材料等中的一种。
[0035]
在一些实施例中，内部结构所使用的固体浮力材料型号gfc
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068、hz
‑
42等任意型号中的一种，同时空心微珠的尺寸可根据设计需求而定。
[0036]
在一些实施例中，所述空心微珠设为空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠等任意空心微珠材料。
[0037]
在一些实施例中，多个满足几何兼容关系的梁柱结构可采用纤维增强复合材料包裹在一起，增强使用时的梁柱结构的强度。
[0038]
在一些实施例中，空心微珠的表面可以采用化学镀等任意方法实现固体浮力材料隐身、静音、保温等的功能化。
[0039]
在一些实施例中，固体浮力材料内部埋置传感器、天线、电线等功能部件。
[0040]
在一些实施例中，所述成型工艺采用热压罐成型、rtm、喷射、手糊等任意类型的复合材料成型工艺。
[0041]
在一些实施例中，所述梁柱结构可由预制法和现浇法两种方案实现；具体的，所述预制法包括以下步骤：首先制备一定形状的固体浮力材料，然后在浮力材料表面采用胶黏剂黏贴一定厚度及铺层的纤维增强复合材料，最后采用相应的复合材料工艺制造出梁/柱结构。
[0042]
下面结合实际情况示出预制法的一种具体实现方式：
[0043]
使用任意厚度的美国“ess”公司提供的hz
‑
42型固体浮力材料，采用相应的制备工艺将固体浮力材料制备成半径为25mm，长度为500mm的圆柱结构；然后在固体浮力材料表面黏贴威海光威生产的胶膜，采用单层厚度为0.125mm的t300/ag80预浸料以[0/90]的铺层顺序在固体浮力材料表面铺设2mm厚度，并采用热压罐成型工艺固化完成梁/柱结构。
[0044]
具体的，所述现浇法包括以下步骤：首先采用相应的复合材料工艺制备一定形状的纤维增强复合材料筒，然后在复合材料内表面刷胶黏剂或者黏贴胶膜，最后再将空心玻璃微珠及树脂的混合物倒入纤维增强复合材料筒中，采用相应的工艺制备出梁/柱结构。
[0045]
下面结合实际情况示出现浇法一种具体实现方式：
[0046]
首先采用纤维管卷制设备将单层厚度为0.125mm的t300/ag80预浸料，以[0/90]的铺层顺序固化成为2mm厚度，内径为25mm的复合材料圆筒，并使用热压罐成型工艺固化；然后在复合材料内表面黏贴威海光威生产的胶膜；将gfc
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068的空心玻璃微珠及环氧树脂的混合物倒入纤维增强复合材料筒中，冷却后制备出梁/柱结构。
[0047]
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。