一种复合材料拉伸吸能构件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合材料拉伸吸能构件，其特征在于：由U型外壳1、长方体吸能泡沫2、横置三棱柱泡沫3，竖置三棱柱泡沫13组成。U型外壳1包含吸能泡沫放置段、放置三棱柱泡沫的构件截面缩减段、U型外壳端部贴合段。本构件按以下步骤制备，步骤一：制备U型外壳1；步骤二：将横置U型外壳101的端部拉开；步骤三：放入吸能泡沫2；步骤四：将竖置U型外壳102插入横置U型外壳101内；步骤五：插入横置三棱柱泡沫3与竖置三棱柱泡沫13；步骤六：将横置U型外壳101与竖置U型外壳102合拢加压固化。本发明专利技术充分发挥复合材料和泡沫两种材料的优势，有效提高构件拉伸吸能性能，具有制备方法简单，吸能效果好等优点。

Composite material tensile energy absorbing component and preparation method thereof

The invention discloses a composite material tensile energy absorbing component, which is characterized by comprising a U shell 1, a cuboid energy absorbing foam 2, a transverse three prism foam 3, and a vertical three prism foam 13. The U shell 1 comprises a section for reducing energy absorbing foam, a section reducing section for placing three prism foam, and a U type shell end fitting section. This component is prepared according to the following steps: Step 1: preparation of the U shell 1; step two: pull the end of the transverse U shell 101; step three: place the energy absorbing foam 2; step four: insert the vertical U shell 102 into the transverse U type shell 101; step five: Insert the transverse three three foam 3 and the vertical 101 prism foam; The transverse U shell 101 and the vertical U shell 102 are combined to press and solidify. The invention makes full use of the advantages of two materials of composite materials and foams, effectively improves the tensile energy absorption performance of components, and has the advantages of simple preparation method and good energy absorption effect.

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料拉伸吸能构件及其制备方法
本专利技术涉及复合材料领域，具体涉及一种复合材料耗能构件及其制备方法。
技术介绍
FRP复合材料是由纤维材料与基体材料按一定的比例混合后形成的高性能材料。根据不同纤维材料，工程中常用的有碳纤维增强复合材料CFRP、玻璃纤维增强复合材料GFRP、芳纶纤维增强复合材料AFRP、玄武岩纤维增强复合材料BFRP等。纤维增强复合材料FRP抗拉强度高，其抗拉强度均明显高于钢筋，一般是钢筋的2倍甚至达10倍。但FRP材料在达到抗拉强度前,几乎没有塑性变形产生，受拉时应力、应变呈线弹性上升直至脆断。纤维增强复合材料的缓冲吸能性能差，尤其是单一的复合材料在防撞领域应用有诸多缺点。因此，可行的技术路线是考虑与其他材料组合来实现缓冲吸能的功能。泡沫塑料是一种理想的缓冲吸能材料。泡沫材料具有质量轻、变形能力大、耗能能力强和价格低廉等优点，在汽车安全设计、航天器回收等领域已得到广泛应用。尤其是硬质聚氨酯泡沫具有质轻高强、耐冲击、隔热性能好等特性，成为防撞耗能以及保温结构的理想芯材。但是泡沫的缓冲吸能性能仅仅体现在它的压缩性能上，大多数的泡沫材料在拉伸时往往出现脆性破坏。为了解决以上问题，本专利技术充分利用FRP良好的抗拉强度和泡沫的压缩塑性吸能性能，旨在提高复合材料构件的缓冲吸能能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种复合材料拉伸吸能构件及其制备方法，充分发挥了FRP和泡沫两种材料的优势，有效提高复合材料构件拉伸吸能性能。一种复合材料拉伸吸能构件，其特征在于：由U型外壳1、长方体吸能泡沫2、横置三棱柱泡沫3与竖置三棱柱泡沫13组成。所述的U型外壳1按位置分为吸能泡沫放置段10、构件截面缩减段11、U型外壳端部贴合段12。所述的U型外壳1，按放置方式分为横置U型外壳101与竖置U型外壳102，两者在吸能泡沫放置段10和构件截面缩减段11交界处相互穿插，一横一竖，端部朝向相反。所述的长方体吸能泡沫2，其特征在于：置于U型外壳1内部的吸能泡沫放置段10。所述的横置三棱柱泡沫3，其特征在于：置于横置U型外壳101构件截面缩减段11。所述的竖置三棱柱泡沫13，其特征在于，置于竖置U型外壳102构件截面缩减段11。一种复合材料拉伸吸能构件制备方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一：制备U型外壳型材4；使用金刚石切片5将U型外壳型材4切割成条状的U型外壳1；步骤二：将横置U型外壳101的端部拉开一条缝隙，并涂抹结构胶；步骤三：将表面涂抹好结构胶的吸能泡沫2放入横置U型外壳101内；步骤四：将内部涂抹好结构胶的竖置U型外壳102插入开口的横置U型外壳101内；步骤五：插入表面涂抹好结构胶的横置三棱柱泡沫3与竖置三棱柱泡沫13；步骤六：将横置U型外壳101与竖置U型外壳102合拢加压，待结构胶固化后得到复合材料拉伸吸能构。本专利技术相对于现有技术具有实质性特点和进步。主要表现在以下方面：1、通过合适的组合方式，使抗拉性能好的FRP一直受拉，压缩性能好的泡沫一直受压，充分发挥两种材料的优势。通过两种材料的优势互补，克服了纤维增强复合材料拉伸脆性破坏，吸能效果差的问题，有效地提高了构件的拉伸吸能性能。2、构件的吸能的能力具有可设计性，可以通过改变吸能泡沫的宽度和高度进行控制。3、能量吸收稳定，力0位移曲线具有明显的平台阶段。4、构件制备方法简单，生产效率高。附图说明图1为U型外壳截面图；图2为使用模压法制备U型外壳型材；图3为U型外壳型材切割加工示意图；图4为U型外壳端部开口示意图；图5为长方体吸能泡沫放置示意图；图6为U型外壳插入示意图；图7为U型外壳旋转示意图；图8为U型外壳安装示意图；图9为三棱柱泡沫安装示意图；图10为复合材料拉伸吸能构件成品示意图；图11为复合材料拉伸吸能构件拉伸吸能示意图；图12为U型外壳端部开口应力图；图13为U型外壳端部开口变形图；图14为拉伸2.398mm位移时的应力图；图15为拉伸61.49mm位移时的应力图；图16为拉伸90.08mm位移时的应力图；图17为复合材料拉伸吸能构件的力0位移曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。实施例1本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种复合材料拉伸吸能构件，其特征在于：由两个U型外壳1、一个长方体吸能泡沫2、横置三棱柱泡沫3与竖置三棱柱泡沫13组成。上所述的U型外壳1，其特征在于：包含吸能泡沫放置段10、构件截面缩减段11、U型外壳端部贴合段12。上所述的两个U型外壳1，其特征在于：一个是横置U型外壳101，另一个是竖置U型外壳102，两者在吸能泡沫放置段10和构件截面缩减段11交界处相互穿插，一横一竖，端部朝向相反。上述的长方体吸能泡沫2，其特征在于：置于U型外壳1内部的吸能泡沫放置段10。上述的横置三棱柱泡沫3与竖置三棱柱泡沫13，其特征在于：置于U型外壳1内部的构件截面缩减段11本专利技术按如下步骤进行制备：步骤一：制备U型外壳型材4，如图2所示。使用金刚石切片5将U型外壳型材4切割成条状的U型外壳1，如图3所示；步骤二：将横置U型外壳101的端部拉开一条缝隙，并涂抹结构胶，如图4所示；步骤三：将表面涂抹好结构胶的吸能泡沫2放入横置U型外壳101内，如图5所示；步骤四：将另一个内部涂抹好结构胶的竖置U型外壳102插入先前开口的横置U型外壳101内，如图6至图8所示；步骤五：插入表面涂抹好结构胶的横置三棱柱泡沫3与竖置三棱柱泡沫13，如图9所示；步骤六：将两个U型外壳1合拢加压，待结构胶固化后得到如图10所示的最终成品。实施例2：如图1所示为本专利技术的的U型外壳截面图，图中的两条虚线将截面分成了三个区域：吸能泡沫放置段10、构件截面缩减段11、U型外壳端部贴合段12。吸能泡沫放置段10包含一个矩形的内部空间，在该区域放置长方体吸能泡沫2。构件截面缩减段11包含一个三角形的内部空间，在该区域放置一块三棱柱泡沫3。在吸能泡沫放置段10和构件截面缩减段11之间虚线位置穿过另一个完全一样的U型外壳1。U型外壳端部贴合段12在开始时是彼此分离的两块玻璃纤维板，在最后会使用结构胶粘接在一起。下面结合附图对本专利技术进一步说明：步骤一，如图2所示，以模压法为例，制备U型外壳型材4。首先对模具表面进行处理，在模具表面均匀喷涂脱模剂。然后按照图示从下往上的顺序进行组装，将已经预浸树脂的纤维铺设在L型底模7表面，再将五棱柱芯模6放入凹槽内，同时铺设聚四氟乙烯薄膜9，最后将另外半边纤维铺设好并安放顶模8。合模完成后将装配体放入烘箱中进行加热固化，待树脂固化后冷却至室温，打开顶模8，并将U型外壳型材4连同五棱柱芯模6取出。从U型外壳型材4的端部贴合段轻微撬动取出芯模6和聚四氟乙烯薄膜9，得到U型外壳型材4。除了使用模压法制备U型外壳型材4外，还可以使用真空辅助树脂传递法VARI或者复合材料拉挤成型工艺进行制备，他们均在本专利技术的保护范围之内。最后如图3所示，使用水冷金刚石切片5将U型外壳型材4切割成所需宽度的U型外壳1。切割完成后对U型外壳1内进行喷砂处理，使其内表面变得粗糙。步骤二，如图4所示，将横置U型外壳101的端部贴合段沿图示箭头方向拉开一个缝隙，缝隙的大小略大于U型外壳1的厚度。然后在横置U型外壳101的内表面均匀涂抹结构胶。步骤三，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料拉伸吸能构件，其特征在于：由U型外壳(1)、长方体吸能泡沫(2)、横置三棱柱泡沫(3)，竖置三棱柱泡沫(13)组成。

【技术特征摘要】
1.一种复合材料拉伸吸能构件，其特征在于：由U型外壳(1)、长方体吸能泡沫(2)、横置三棱柱泡沫(3)，竖置三棱柱泡沫(13)组成。2.根据权利要求1所述的一种复合材料拉伸吸能构件，其特征在于，所述的U型外壳(1)按位置分为吸能泡沫放置段(10)、构件截面缩减段(11)、U型外壳端部贴合段(12)。3.根据权利要求1所述的一种复合材料拉伸吸能构件，其特征在于，所述的U型外壳(1)，按放置方式分为横置U型外壳(101)与竖置U型外壳(102)，两者在吸能泡沫放置段(10)和构件截面缩减段(11)交界处相互穿插，一横一竖，端部朝向相反。4.根据权利要求1所述的一种复合材料拉伸吸能构件，其特征在于，所述的长方体吸能泡沫(2)，其特征在于：置于U型外壳(1)内部的吸能泡沫放置段(10)。5.根据权利要求1所述的一种复合材料拉伸吸能构件，其特征在于，所述的横置三棱柱泡沫(3)，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建华，官成宇，杨浩，周恩惟，高硕颀，张安康，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23