【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纤维复合材料加工，具体涉及一种纤维复合型材及其拉挤成型工艺、丝束预张力计算方法。
技术介绍
1、纤维复合型材在其纤维方向上具有优异的力学性能，以及其相对金属材料更低的密度，在建筑加固领域中已被广泛应用。目前，通过拉挤成型工艺生产纤维复合型材是应用最广泛、生产效率最高的工艺方法。传统的平板型材拉挤成型工艺仅能生产直线型的平板型材，但是实际应用中时常用到具备一定曲率的弯曲型材。
2、目前生产具有曲率的弯曲型材的方法主要是依靠改变拉挤模具的形状，将拉挤模具的腔体制作为具有一定曲率的弯曲形状。该方法使用的弯曲拉挤模具具有加工难度大、成本高的特点，而且同一弯曲拉挤模具仅可用于生产同一固定曲率的弯曲型材。对于多种曲率弯曲型材的生产，需要预先加工多种相应曲率的弯曲模具，严重增加了弯曲型材的生产成本。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供一种纤维复合型材及其拉挤成型工艺、丝束预张力计算方法，旨在降低具有曲率的弯曲纤维复合型材的加工难度和成本。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：第一方面，提供一种丝束预张力计算方法，包括：
3、确定每层纤维丝束的中心到纤维复合型材的弯曲内侧面之间的距离；
4、根据纤维复合型材的曲率半径以及每层纤维丝束的中心到弯曲内侧面之间的距离，分别计算每层纤维丝束的中心所处位置的应变量；
5、根据纤维复合型材内的纤维丝束含量、纤维丝束拉伸模量、固化树脂拉伸模量计算纤维复合型材的拉伸模量；p>
6、根据每层纤维丝束的中心所处位置的应变量和纤维复合型材的拉伸模量确定每层纤维丝束的中心所处位置的应力值；
7、根据每层纤维丝束的中心所处位置的应力值计算每条纤维丝束所需施加的预张力值。
8、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，根据每层纤维丝束的中心所处位置的应力值计算每条纤维丝束所需施加的预张力值包括：
9、根据纤维复合型材的厚度和宽度计算每层纤维丝束的受力面积；
10、根据每层纤维丝束的受力面积和每层纤维丝束的中心所处位置的应力值计算每层纤维丝束所需的总张力；
11、根据每层纤维丝束所需的总张力和每层纤维丝束的丝束数量计算每条纤维丝束所需的预张力。
12、一些实施例中，每层纤维丝束的受力面积为与其上下相邻的两层纤维丝束的中心距离的一半与纤维复合型材的宽度之积。
13、示例性的，靠近弯曲内侧面的第一层和第二层纤维丝束的中心到弯曲内侧面之间的距离分别为第一距离和第二距离；其中，靠近弯曲内侧面的第一层纤维丝束的受力面积为第一距离和第二距离的和值与纤维复合型材的宽度之积的一半。
14、举例说明，靠近纤维复合型材的弯曲外侧面的第一层和第二层纤维丝束的中心到弯曲外侧面之间的距离分别为第三距离和第四距离；其中，靠近弯曲外侧面的第一层纤维丝束的受力面积为第三距离和第四距离的和值与纤维复合型材的宽度之积的一半。
15、本专利技术提供的丝束预张力计算方法的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术丝束预张力计算方法，通过计算获得纤维复合型材内部的每条纤维丝束所需施加的预张力值，能够在加工具有目标曲率的弯曲型材时，只需使环氧树脂固化过程中保持每条纤维丝束所施加的预张力值，即可使纤维复合型材内部形成梯度变化内应力，从而使纤维复合型材在挤出平面拉挤模具并撤销张拉作用力之后基于梯度变化内应力的释放而自然弯曲获得目标曲率，使具有曲率的弯曲纤维复合型材都能够采用平面拉挤模具进行加工，从而能够降低纤维复合型材的加工难度和成本。
16、第二方面，本专利技术实施例还提供了一种纤维复合型材拉挤成型工艺，包括以下步骤：
17、分层排布纤维丝束并将纤维丝束浸润环氧树脂；
18、计算每条纤维丝束所需施加的预张力值，按照预张力值对每条纤维丝束单独张拉，使各层纤维丝束间形成梯度变化内应力；
19、将各条纤维丝束保持预张力值一并通过平面拉挤模具，并使环氧树脂在平面拉挤模具中固化成型，获得平面型材；
20、固化成型的平面型材自平面拉挤模具连续拉出，并基于梯度变化内应力的释放而形成具有目标曲率的弯曲型材；
21、其中，每条纤维丝束所需施加的预张力值根据上述丝束预张力计算方法计算获得。
22、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，按照预张力值对每条纤维丝束单独张拉包括：
23、针对每条纤维丝束分别单独配置一张力控制器，通过张力控制器调节对纤维丝束的张拉力至预张力值。
24、一些实施例中，每个张力控制器均基于录入的控制程序而自动调整纤维丝束的预张力值，以使各层纤维丝束之间形成连续变化的梯度变化内应力，平面型材基于连续变化的梯度变化内应力的释放而形成变曲率的弯曲型材。
25、示例性的，各层纤维丝束的分布密度由弯曲型材的弯曲外侧面向弯曲内侧面逐渐增大；靠近弯曲内侧面的纤维丝束以展平状态通过平面拉挤模具。
26、本专利技术提供的纤维复合型材拉挤成型工艺的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术纤维复合型材拉挤成型工艺，通过上述丝束预张力计算方法能够计算获得纤维复合型材内部的每条纤维丝束所需施加的预张力值，在加工具有目标曲率的弯曲型材时，只需在环氧树脂固化过程中保持每条纤维丝束所施加的预张力值，即可使纤维复合型材内部形成梯度变化内应力，从而使纤维复合型材在拉挤出平面拉挤模具并撤销张拉作用力之后基于梯度变化内应力的释放而自然弯曲获得目标曲率，加工过程采用平面拉挤模具即可，满足单一平面拉挤模具加工多种曲率的纤维复合型材的需求，从而能够降低纤维复合型材的加工难度和成本。
27、第三方面，本专利技术实施例还提供了一种纤维复合型材，通过上述纤维复合型材拉挤成型工艺获得；纤维复合型材内分布有多层纤维丝束，纤维复合型材基于各层纤维丝束之间的梯度变化内应力释放而形成固定曲率或变曲率的弯曲型材。
28、本专利技术提供的纤维复合型材的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术纤维复合型材，通过在环氧树脂固化过程中对每条纤维丝束施加预张力而形成梯度变化内应力，从而基于梯度变化内应力的释放而自然形成具有目标曲率的弯曲板材，加工难度小且成本低。
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1.丝束预张力计算方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的丝束预张力计算方法，其特征在于，所述根据每层所述纤维丝束的中心所处位置的应力值计算每条所述纤维丝束所需施加的预张力值包括：
3.如权利要求2所述的丝束预张力计算方法，其特征在于，每层所述纤维丝束的受力面积为与其上下相邻的两层所述纤维丝束的中心距离的一半与所述纤维复合型材的宽度之积。
4.如权利要求3所述的丝束预张力计算方法，其特征在于，靠近所述弯曲内侧面的第一层和第二层所述纤维丝束的中心到所述弯曲内侧面之间的距离分别为第一距离和第二距离；其中，靠近所述弯曲内侧面的第一层所述纤维丝束的受力面积为所述第一距离和所述第二距离的和值与所述纤维复合型材的宽度之积的一半。
5.如权利要求3所述的丝束预张力计算方法，其特征在于，靠近所述纤维复合型材的弯曲外侧面的第一层和第二层所述纤维丝束的中心到所述弯曲外侧面之间的距离分别为第三距离和第四距离；其中，靠近所述弯曲外侧面的第一层所述纤维丝束的受力面积为所述第三距离和所述第四距离的和值与所述纤维复合型材的宽度之积的一半。
6
7.如权利要求6所述的纤维复合型材拉挤成型工艺，其特征在于，所述按照所述预张力值对每条所述纤维丝束单独张拉包括：
8.如权利要求7所述的纤维复合型材拉挤成型工艺，其特征在于，每个所述张力控制器均基于录入的控制程序而自动调整所述纤维丝束的预张力值，以使各层所述纤维丝束之间形成连续变化的所述梯度变化内应力，所述平面型材基于连续变化的所述梯度变化内应力的释放而形成变曲率的弯曲型材。
9.如权利要求6-8任一项所述的纤维复合型材拉挤成型工艺，其特征在于，各层所述纤维丝束的分布密度由所述弯曲型材的弯曲外侧面向弯曲内侧面逐渐增大；靠近所述弯曲内侧面的所述纤维丝束以展平状态通过所述平面拉挤模具。
10.纤维复合型材，其特征在于，通过如权利要求6-9任一项所述的纤维复合型材拉挤成型工艺获得；所述纤维复合型材内分布有多层纤维丝束，所述纤维复合型材基于各层所述纤维丝束之间的梯度变化内应力释放而形成固定曲率或变曲率的弯曲型材。
...【技术特征摘要】
1.丝束预张力计算方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的丝束预张力计算方法，其特征在于，所述根据每层所述纤维丝束的中心所处位置的应力值计算每条所述纤维丝束所需施加的预张力值包括：
3.如权利要求2所述的丝束预张力计算方法，其特征在于，每层所述纤维丝束的受力面积为与其上下相邻的两层所述纤维丝束的中心距离的一半与所述纤维复合型材的宽度之积。
4.如权利要求3所述的丝束预张力计算方法，其特征在于，靠近所述弯曲内侧面的第一层和第二层所述纤维丝束的中心到所述弯曲内侧面之间的距离分别为第一距离和第二距离；其中，靠近所述弯曲内侧面的第一层所述纤维丝束的受力面积为所述第一距离和所述第二距离的和值与所述纤维复合型材的宽度之积的一半。
5.如权利要求3所述的丝束预张力计算方法，其特征在于，靠近所述纤维复合型材的弯曲外侧面的第一层和第二层所述纤维丝束的中心到所述弯曲外侧面之间的距离分别为第三距离和第四距离；其中，靠近所述弯曲外侧面的第一层所述纤维丝束的受力面积为所述第三距离和所述第四距离的和值与所述纤维复合型...
【专利技术属性】
技术研发人员：张行方，任梦蕊，宋少波，闫民杰，徐温，张晓乐，
申请(专利权)人：卡本科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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