缝合技术增强泡沫夹芯帽型加筋壁板结构及其成型方法

摘要

本发明涉及利用改进的缝合技术增强泡沫夹芯帽型加筋壁板结构及其成型方法，属于纤维复合材料增强技术领域。其特征在于，将缝合技术用于泡沫夹芯帽型加筋壁板，用以提高帽型加筋壁板的强度和刚度性能。该方法，其特征在于过程如下：首先，在加筋壁板模具上铺覆帽型筋条和蒙皮；其次，在泡沫夹芯中按照事先设计好的穿孔格局（前后两排穿孔方向沿垂直泡沫中心线对称），沿厚度方向将泡沫芯材穿孔；第三，用缝线将上下面板及芯材缝合在一起；最后将帽型加筋组合封装，进行固化。发明可以显著提高复合材料帽型加筋壁板结构的强度、刚度和稳定性。根据增强帽型加筋壁板要求的承载能力，可设计满足要求的缝合参数，发明的缝合泡沫夹芯结构承载能力强，制造工艺简单，结构效率高，制造维护成低。

说明书

技术领域

本发明属于纤维复合材料增强技术领域，尤其涉及一种利用改进的缝合技术增强泡沫夹芯帽型加筋壁板结构及其成型方法。

背景技术

复合材料帽型加筋壁板结构由于其良好的后屈曲承载能力、高比刚度、结构稳定性好、传递周向载荷效率高、减重效果好的优点被广泛应用于航空结构当中，特别是大型客用商业飞机机身段等筒状结构部件的首选。

但是在帽型筋条与蒙皮之间会形成细长的空腔结构，从而降低帽型加筋壁板的稳定性。目前，一些学者在帽型加筋壁板空腔中填充泡沫来提高结构的抗弯刚度和结构效率。但是泡沫芯材与面板材料自身结合强度较低，面板与泡沫芯材之间容易脱粘或分层，严重限制其在飞机主承力结构上的应用。泡沫夹层结构最典型的失效形式就是因面板与芯材粘接处失效导致分层，并产生局部破坏。由此，将缝合技术用于泡沫夹芯帽型加筋壁板结构。

缝合技术是指采用缝合线使二维织物构成准三维立体织物或使分离的数块织物连接成整体结构的技术。由于缝线能够阻止脱胶及分层裂纹的萌生与扩展，不仅提高泡沫夹芯结构的层间强度以及损伤容限，还保留了较高的弯曲刚度/质量比，达到加强面板和芯材间的连接，并抑制分层的效果。

发明内容

本发明的目的是针对目前泡沫增强帽型加筋壁板面板与泡沫夹芯易脱粘的问题，提出一种采用改进的缝合技术提高帽型加筋壁板的强度、刚度以及稳定性的帽型加筋壁板结构及其成型方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种利用缝合技术的泡沫增强帽型加筋壁板结构，包括帽型筋条和蒙皮，帽型筋条固定在蒙皮上且帽型筋条与蒙皮之间形成有空腔，空腔内填充有泡沫芯材，其中：该帽型加筋壁板结构通过缝线同时穿过帽型筋条、泡沫芯材以及蒙皮，将帽型筋条、泡沫芯材以及蒙皮缝合成整体。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的泡沫芯材上沿厚度方向设有穿孔，前后2排的穿孔方向沿垂直泡沫中心线对称，缝线穿过穿孔。

一种利用缝合技术的泡沫增强帽型加筋壁板结构的成型方法，包括以下步骤：

步骤一、分别在帽型加筋模具上铺覆帽型筋条，在蒙皮模具上铺覆蒙皮；

步骤二、根据泡沫增强帽型加筋壁板结构承载条件，设计缝线参数，根据缝线参数在泡沫芯材上设计缝线穿孔的分布；

步骤三、根据泡沫芯材中穿孔的分布格局，沿厚度方向将泡沫芯材穿孔；

步骤四、将穿孔的泡沫芯材、加帽型筋条及蒙皮组合定位，选择设计的缝合参数及缝线纤维，通过缝合设备用缝线将帽型筋条、蒙皮及泡沫芯材缝合成整体；

步骤五、将缝合完成的帽型加筋壁板结构组合定位封装，固化。

步骤一之前还设有模具表面涂抹脱模剂的步骤。

模具表面涂抹脱模剂的步骤为：用纱布蘸取丙酮擦拭帽型加筋模具和蒙皮模具的表面，在帽型加筋模具和蒙皮模具表面涂抹脱模剂。

步骤三中对泡沫芯材采用机械加工方法进行穿孔。

与现有技术相比，在帽型加筋壁板结构的面板和芯材间引入缝线，从而增强加筋结构的强度、刚度和稳定性。根据所增强帽型加筋壁板要求的承载能力，可设计满足要求的缝合参数，本发明的缝合泡沫夹芯结构承载能力强，制造工艺简单，结构效率高，制造维护成本低。

本发明提供的缝合泡沫夹芯增强复合材料加筋壁板的结构，其增强原理如下：

缝线在泡沫夹芯帽型加筋壁板结构中，前后交替成“X”型，形成三维桁架结构，提高了结构的强度与刚度

泡沫夹芯与帽型加筋条与蒙皮界面脱胶后，缝线开始弹性伸长，在脱胶前端形成纤维桥，产生了抵抗脱胶的闭合力，直到最后缝线破坏、拔出。由于缝线承受了大部分载荷而且减少了周围树脂的应力集中，所以显著提高帽型加筋条与蒙皮的层间强度。

附图说明

图1是现有技术的结构示意图；

图2是本发明的横截面结构示意图；

图3所示为本发明的结构沿筋条方向横截面示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

图1所示为现有技术的结构示意图，图2所示为本发明的结构横截面示意图，图3所示为本发明的结构沿筋条方向横截面示意图，其中的附图标记为：帽型筋条1、蒙皮2、泡沫芯材3、缝线4。

如图1至图3所示，本发明的缝合技术增强泡沫夹芯帽型加筋壁板结构，包括帽型筋条1和蒙皮2，帽型筋条1固定在蒙皮2上且帽型筋条1与蒙皮2之间形成有空腔，空腔内填充有泡沫芯材3，其中：该帽型加筋壁板结构通过缝线4同时穿过帽型筋条1、泡沫芯材3以及蒙皮2将帽型筋条1、泡沫芯材3以及蒙皮2缝合成整体。

实施例中，泡沫芯材3上沿厚度方向设有穿孔，缝线4穿过穿孔，且前后两排的穿孔方向沿垂直泡沫中心线对称。

本实施例中的泡沫增强帽型加筋壁板结构的成型方法，包括以下步骤：

用纱布蘸取丙酮擦拭帽型加筋模具和蒙皮模具的表面，在帽型加筋模具和蒙皮模具表面涂抹脱模剂。

然后分别在帽型加筋模具上铺覆帽型筋条1，在蒙皮模具上铺覆蒙皮2；

再根据泡沫增强帽型加筋壁板结构承载条件，设计缝线参数，根据缝线参数在泡沫芯材3上设计缝线穿孔的分布；

接着根据泡沫芯材3中穿孔的分布格局，采用采用机械加工方法沿厚度方向将泡沫芯材3穿孔；

然后将穿孔的泡沫芯材3、加帽型筋条1及蒙皮2组合定位，选择设计的缝合参数及缝线纤维，通过缝合设备用缝线4将帽型筋条1、蒙皮2及泡沫芯材3缝合成整体；

最后将缝合完成的帽型加筋壁板结构组合定位封装，固化。

成型后的帽型加筋壁板结构如图2所示。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。