圆管三维编织预成型体、编织复合圆管制造技术

本实用新型专利技术涉及圆管三维编织预成型体及编织复合圆管。其中圆管三维编织预成型体包括卷曲成圆管的板块三维编织体，卷曲成圆管的板块三维编织体的相互对接的两侧边通过固定结构相互固定。采用上述方案，板块三维编织体卷曲成圆管的过程中会使构成纱线的不稳定纤维堆砌结构预先发生变形和局部曲屈，从而减小或避免预成型体受到外力后再次变形，从而获得稳定结构，与现有技术中在线成型相比，本实用新型专利技术采用了离线成型，解决了现有的三维编织预成型体结构不够稳定、尺寸一致性很难得到保证的问题。

Circular tube three-dimensional braided preformed body and braided circular pipe

【技术实现步骤摘要】
圆管三维编织预成型体、编织复合圆管
本技术涉及圆管三维编织预成型体、编织复合圆管。
技术介绍
三维编辑复合材料是国外80年代发展起来的一种高级复合材料，它采用三维整体编织技术，对高性能纤维如碳纤维、石英纤维、碳化硅纤维和玻璃纤维进行编织，使纤维在空间相互交织在一起，形成一不分层、具有整体网状结构的预成型体，将此预成型体采用复合固化材料进行复合固化，复合固化材料形成复合固化体，就成为基本不需再加工的、能满足最终状和尺才要求的复合材料。近年来，因三维编织复合材料具有完整结构、一次成型和省时省力等优点，其作为一种新型的工程材料在航空、航天、汽车、医学等等领域得到广泛应用，并得到织造技术研究方的相当大关注，例如中国专利CN105063885A公开的一种“基于空间群P4对称性的三维编织材料”、申请公布号为CN106400295A的中国专利公开的三维编织管及制作该三维编织管的三维编织机和编织工艺。四步法三维编织工艺可整体近净成型圆管、锥管等复合材料构件的预成型体。目前四步法三维编织复合材料构件增强相成型采用的是成熟而有效的在线覆模成型工艺，而这种加工方法成本高、效率低，批量加工的复合材料构件结构尺寸一致性很难得到保证，同一批次同种构件的性能梯度不一，结构不够稳定，四步法三维编织材料很难得到广泛应用。三维编织复合材料构件的这种缺陷的主要原因和避免方法的系统研究成果鲜有文献报道。同时，在线覆模成型空间曲面提构件很难避免脱模及复合成型工艺中预成型体的二次变形问题，中低密度四步法三维编织材料具有很强的再变形能力。四步法三维编织预成型体的变形机理及稳定高效的成型方法目前尚未被系统研究。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种圆管三维编织预成型体，以解决现有的三维编织预成型体结构不够稳定、尺寸一致性很难得到保证的问题，同时，本技术还提供了一种三维编织复合圆管。为实现上述目的，本技术中圆管三维编织预成型体采用的技术方案是：方案1.圆管三维编织预成型体，所述圆管三维编织预成型体包括卷曲成圆管的板块三维编织体，卷曲成圆管的板块三维编织体的相互对接的两侧边通过固定结构相互固定。方案2.根据方案1所述的圆管三维编织预成型体，卷曲成圆管的板块三维编织体的相互对接的两侧边是通过铆接或螺栓连接相互固定。方案3.根据方案1或2所述的圆管三维编织预成型体，所述板块三维编织体为平板块三维编织体或弧形板块三维编织体。方案4.根据方案1或2所述的圆管三维编织预成型体，圆管三维编织预成型体的单元胞体为立方体。本技术中编织复合圆管采用的技术方案是：方案1.编织复合圆管，包括圆管三维编织预成型体和由复合固化材料形成复合固化体，所述圆管三维编织预成型体包括卷曲成圆管的板块三维编织体，卷曲成圆管的板块三维编织体的相互对接的两侧边通过固定结构相互固定。方案2.根据方案1所述的编织复合圆管，卷曲成圆管的板块三维编织体的相互对接的两侧边是通过铆接或螺栓连接相互固定。方案3.根据方案1或2所述的编织复合圆管，所述板块三维编织体为平板块三维编织体或弧形板块三维编织体。方案4.根据方案1或2所述的编织复合圆管，圆管三维编织预成型体的单元胞体为立方体。有益效果：本技术采用上述技术方案，圆管三维编织预成型体是通过将板块三维编织体卷曲成圆管并将卷曲成圆管的板块三维编织体的相互对接的两侧边相互固定得到，板块三维编织体卷曲成圆管的过程中会使构成纱线的不稳定纤维堆砌结构预先发生变形和局部曲屈，从而减小或避免预成型体受到外力后再次变形，从而获得稳定结构，与现有技术中在线成型相比，本技术采用了离线成型，解决了现有的三维编织预成型体结构不够稳定、尺寸一致性很难得到保证的问题。附图说明图1是编织纱线的纤维堆砌结构受载荷发生渐进滑移的结构示意图；图2是编织纱线截面变形机理示意图；图3是四步法三维编织预成型体结构的变形机理示意图；图4是四步法板块三维编织预成型体的非受限变形示意图；图5是四步法板块三维编织预成型体的受限变形示意图；图6是本技术中管状预成型体离线二次成型的单元胞体的弯曲变形前后对比示意图；图7是不同层单元胞体的受力变形对比示意图；图8是离线二次成型获得的管状预成型体模型示意图；图9是四步法板块三维编织预成型体在受外部载荷时的纱线轴向视图；图10是图9中的内部纱线相互挤压情况示意图；图11是图10中的纱线等效截面示意图；图12是内部纱线结构变形示意图；图13是四步法板块三维编织体的代表性体积单元立体图；图14是图13中代表性体积单元的俯视图；图15是图13中代表性体积单元的参数描述示意图；图16是代表性体积单元的不同变形过程对比示意图；图17是离线二次成型圆管的立方体纱线截面参数a、b变化和长方体纱线截面参数a、b变化对比图；图18是离线二次成型圆管的立方体纱线纤维体积百分数变化和长方体纤维体积百分数变化对比图；图19是离线二次成型圆管的纱线等效截面参数变化趋势图；图20是离线二次成型圆管的纤维体积百分数变化趋势图；图21是离线二次成型圆管的内径、外径随板块厚度变化趋势图。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步说明。四步法板块预制体变形机理1.纱线截面的变形机理纱线截面的变化是引起预成型体再次变形的重要原因。三维编织预成型体编织纱在编织过程中相互挤压，其截面发生复杂变形。引起截面复杂变形的根本原因是构成纱线的不稳定纤维堆砌结构和局部曲屈。纤维堆砌的不稳定因素一方面无法完全避免成型后的结构形变且严重影响复合材料几何结构及性能一致性，但可为成型复杂结构预成型体提供便利条件。用图1和图2描述忽略纱线捻度的纤维束截面变形。纤维1之间仅限堆砌而无粘连，图1中纤维堆砌结构受载荷发生渐进滑移，最终均可呈现受限后的‘一’字形排列。假设纱线未预浸任何基体，初始截面为圆形结构，如图2所示。受编织载荷作用，纤维1发生复杂的侧向滑移行为，纤维集合体的横截面可能变为椭圆形或矩形等几何形状。无捻度纱线中纤维的滑移行为极易发生。当纱线具有捻度时，纤维之间仍然可以发生滑移行为，只是所需载荷会随纱线捻度的增加而增大。2.四步法板块三维编织体结构的变形机理三维编织预成型体的结构是由纱线相互交织而成，具有很大的再次变形潜能。预成型体在复合成型过程中，受基体渗透载荷影响，三维编织预成型体中纤维位置发生变化而产生二次变形，其编织角、花节长度及单元几何形状均会发生变化；空间曲面三维编织预成型体采用在线覆模成型工艺，受绑扎载荷在模具中处于临时亚稳定状态，预成型体脱模时受复杂载荷影响纤维之间产生复杂的类流变学特性。这种现象导致实际加工的预成型体和复合后的构件尺寸不能精确吻合，导致理想设计和实际加工制造的误差，且无法满足复合材料构件的性能要求。四步法三维编织预成型体结构的变形机理如图3所示，向下的箭头表示纱线的受力。3.四步法板块三维编织预成型体变形的类型预成型体受不同方向载荷作用时均可能发生变形，且所需应力大小决定于编织参数和打紧程度，定量描述的研究成果正在进行。本文仅阐述四步法板块三维编织体在压缩载荷作用下的几何变形，不考虑变形工艺过程及其载荷条件。为了验证该理论成立，实验用样件可能采用更易发生变形单元为立方体的预成型体，在压缩载荷作用下的变形可分为非受限变形和受限变形两种类型。本文档来自技高网...

【技术保护点】
圆管三维编织预成型体，其特征在于：所述圆管三维编织预成型体包括卷曲成圆管的板块三维编织体，卷曲成圆管的板块三维编织体的相互对接的两侧边通过固定结构相互固定。

【技术特征摘要】
1.圆管三维编织预成型体，其特征在于：所述圆管三维编织预成型体包括卷曲成圆管的板块三维编织体，卷曲成圆管的板块三维编织体的相互对接的两侧边通过固定结构相互固定。2.根据权利要求1所述的圆管三维编织预成型体，其特征在于：卷曲成圆管的板块三维编织体的相互对接的两侧边是通过铆接或螺栓连接相互固定。3.根据权利要求1或2所述的圆管三维编织预成型体，其特征在于：所述板块三维编织体为平板块三维编织体或弧形板块三维编织体。4.根据权利要求1或2所述的圆管三维编织预成型体，其特征在于：圆管三维编织预成型体的单元胞体为立方体。5.编织复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：马文锁，任丙杰，范卫锋，黄钊铧，聂少武，刘奎，雷贤卿，贾晨辉，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：新型
国别省市：河南,41