本發(fā)明屬于復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)制備領(lǐng)域，特別是涉及一種多級(jí)kagome型復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、kagome型蜂窩結(jié)構(gòu)憑借自身的高比強(qiáng)度、高能量吸收效率和良好的可設(shè)計(jì)性，在航空航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域展現(xiàn)出重要應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)有的kagome型復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)在薄壁厚、低密度情況下仍存在顯著的問題，當(dāng)減小蜂窩結(jié)構(gòu)的壁厚或降低密度時(shí)，蜂窩結(jié)構(gòu)容易發(fā)生局部屈曲失效(如肋板彎曲失效、嵌槽處扭結(jié)失效等)，導(dǎo)致材料無法發(fā)揮出高強(qiáng)度的特性，kagome復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)在靜態(tài)壓縮下會(huì)經(jīng)歷彈性變形-彎曲失效-肋板斷裂的漸進(jìn)破壞的過程，而動(dòng)態(tài)沖擊載荷更會(huì)加劇局部化變形，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度損失，影響使用，現(xiàn)有的kagome蜂窩在低密度區(qū)間難以同時(shí)兼顧剛度和強(qiáng)度，其面內(nèi)剛度對(duì)加載方向敏感，其垂直肋板加載時(shí)的剛度顯著低于平行加載工況，這種各向異性的剛度特性限制了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化空間，并且現(xiàn)有的嵌鎖成型工藝雖能實(shí)現(xiàn)格柵肋板交聯(lián)結(jié)構(gòu)，但多級(jí)復(fù)合芯層的自動(dòng)化生產(chǎn)仍存在技術(shù)障礙，從而限制了復(fù)雜構(gòu)型的工程化應(yīng)用。
2、現(xiàn)有蜂窩夾層結(jié)構(gòu)雖然通過面板-芯材的組合設(shè)計(jì)提升了整體性能，但常規(guī)蜂窩芯材在壓縮、剪切載荷下仍面臨整體屈曲與局部屈曲耦合破壞的難題，特別是在濕熱環(huán)境或沖擊損傷等復(fù)雜工況下，芯材與面板的界面失效則會(huì)進(jìn)一步降低結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種多級(jí)kagome型復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)及其制備方法，以解決現(xiàn)有kagome型蜂窩無法同時(shí)兼顧輕量化和高強(qiáng)度、制造工藝復(fù)雜以及成本高的問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種多級(jí)kagome型復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)，其特征在于：它包括上面板、復(fù)合材料泡沫夾層芯層和下面板，所述復(fù)合材料泡沫夾層芯層頂面和底面分別與上面板和下面板相連，所述復(fù)合材料泡沫夾層芯層為kagome型結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合材料泡沫夾層芯層包括若干個(gè)芯條，若干個(gè)所述芯條沿長(zhǎng)度方向在一側(cè)等間距設(shè)置若干個(gè)嵌槽，若干個(gè)所述芯條通過嵌槽連接形成kagome型結(jié)構(gòu)，所述芯條通過復(fù)合材料泡沫夾層板切割形成，所述復(fù)合材料泡沫夾層板包括泡沫板和復(fù)合材料層合板，所述泡沫板頂面和底面均設(shè)置復(fù)合材料層合板。
3、更進(jìn)一步的，所述上面板和下面板均為復(fù)合材料層合板，所述上面板和下面板通過粘接膠膜與復(fù)合材料泡沫夾層芯層相連。
4、更進(jìn)一步的，所述復(fù)合材料泡沫夾層芯層的密度低于300kg/m3，承受載荷大于等于30mpa。
5、更進(jìn)一步的，所述復(fù)合材料層合板為多層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，所述多層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)按照0°和90°的角度交替鋪層。
6、更進(jìn)一步的，所述kagome型結(jié)構(gòu)為六邊形和三角形周期排列組合的蜂窩陣列結(jié)構(gòu)。
7、一種多級(jí)kagome型復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
8、s1：將未進(jìn)行固化的復(fù)合材料層合板和泡沫板通過模壓工藝進(jìn)行固化，形成復(fù)合材料泡沫夾層板；
9、s2：對(duì)固化后的復(fù)合材料夾層板進(jìn)行切割，得到芯條；
10、s3：通過嵌槽將若干個(gè)芯條卡接組裝成kagome型的復(fù)合材料泡沫夾層芯層；
11、s4：將上面板和下面板通過粘接膠膜與復(fù)合材料泡沫夾層芯層連接，并進(jìn)行固化，得到多級(jí)kagome型復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)。
12、更進(jìn)一步的，所述模壓工藝的固化溫度為復(fù)合材料預(yù)浸料的固化溫度，固化壓力為0.5±0.2mpa。
13、更進(jìn)一步的，若干個(gè)所述芯條組裝成復(fù)合材料泡沫夾層芯層后通過丙酮去除復(fù)合材料泡沫夾層芯層上端面和下端面的灰塵。
14、更進(jìn)一步的，所述熱壓工藝包括以下步驟：
15、s1：對(duì)粘接有上面板和下面板的復(fù)合材料泡沫夾層芯層的上端面和下端面施加機(jī)械壓力0.3mpa，并在80±20℃的條件下保溫0.5小時(shí)；
16、s2：將溫度升至膠膜固化溫度，并在0.5±0.2mpa的壓力下保溫保壓1.5小時(shí)至2.5小時(shí)。
17、更進(jìn)一步的，所述復(fù)合材料層合板在模壓工藝中的鋪層厚度比例為0°：90°＝n：1，其中n為整數(shù)。
18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
19、1、本發(fā)明的kagome型多級(jí)復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)采用復(fù)合材料-泡沫夾層芯條的周期性嵌鎖設(shè)計(jì)，并與復(fù)合材料層合板和泡沫板協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了kagome型多級(jí)復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)的輕量化與高強(qiáng)度的平衡，顯著提高了蜂窩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力，在保證低密度的同時(shí)提高載荷能力，能夠在航空航天、汽車等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用；
20、2、通過復(fù)合材料層合板的鋪層角度設(shè)計(jì)以及模壓工藝的固化處理，本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)在保證輕量化的同時(shí)，顯著提升了力學(xué)性能，復(fù)合材料層合板與泡沫板的結(jié)合方式不僅優(yōu)化了材料的分布，還通過模壓工藝實(shí)現(xiàn)了高效的成型和固化，減少了傳統(tǒng)工藝中的復(fù)雜步驟，降低了生產(chǎn)成本；
21、3、本發(fā)明的制備方法通過模壓工藝和嵌鎖組裝的結(jié)合，簡(jiǎn)化了蜂窩結(jié)構(gòu)的制造流程，同時(shí)確保了結(jié)構(gòu)的緊密性和一致性，固化工藝的分階段設(shè)計(jì)(如機(jī)械壓力施加、溫度分步控制)進(jìn)一步提高了粘接強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，確保了蜂窩結(jié)構(gòu)在復(fù)雜工況下的可靠性，并且通過丙酮清潔復(fù)合材料泡沫夾層芯層的上表面和下表面有效去除了表面雜質(zhì)，提高了粘接質(zhì)量，增強(qiáng)了整體結(jié)構(gòu)的耐久性；
22、4、本發(fā)明復(fù)合材料層合板采用0°鋪層和90°鋪層，且0°鋪層與90°鋪層的厚度比為n：1，這種鋪層厚度比例的設(shè)計(jì)能夠根據(jù)具體應(yīng)用需求調(diào)整復(fù)合材料層合板的力學(xué)性能，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，從而提高kagome型多級(jí)復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)的承載能力。
1.一種多級(jí)kagome型復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)，其特征在于：它包括上面板(1)、復(fù)合材料泡沫夾層芯層(2)和下面板(3)，所述復(fù)合材料泡沫夾層芯層(2)頂面和底面分別與上面板(1)和下面板(3)相連，所述復(fù)合材料泡沫夾層芯層(2)為kagome型結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合材料泡沫夾層芯層(2)包括若干個(gè)芯條(4)，若干個(gè)所述芯條(4)沿長(zhǎng)度方向在一側(cè)等間距設(shè)置若干個(gè)嵌槽，若干個(gè)所述芯條(4)通過嵌槽連接形成kagome型結(jié)構(gòu)，所述芯條(4)通過復(fù)合材料泡沫夾層板(7)切割形成，所述復(fù)合材料泡沫夾層板(7)包括泡沫板(6)和復(fù)合材料層合板(7)，所述泡沫板(6)頂面和底面均設(shè)置復(fù)合材料層合板(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多級(jí)kagome型復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述上面板(1)和下面板(3)均為復(fù)合材料層合板，所述上面板(1)和下面板(3)通過粘接膠膜與復(fù)合材料泡沫夾層芯層(2)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多級(jí)kagome型復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述復(fù)合材料泡沫夾層芯層(2)的密度低于300kg/m3，承受載荷大于等于30mpa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多級(jí)kagome型復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述復(fù)合材料層合板(5)為多層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，所述多層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)按照0°和90°的角度交替鋪層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多級(jí)kagome型復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述kagome型結(jié)構(gòu)為六邊形和三角形周期排列組合的蜂窩陣列結(jié)構(gòu)。
6.一種如權(quán)利要求1所述的多級(jí)kagome型復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多級(jí)kagome型復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述模壓工藝的固化溫度為復(fù)合材料預(yù)浸料的固化溫度，固化壓力為0.5±0.2mpa。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多級(jí)kagome型復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：若干個(gè)所述芯條(4)組裝成復(fù)合材料泡沫夾層芯層(2)后通過丙酮去除復(fù)合材料泡沫夾層芯層(2)上端面和下端面的灰塵。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多級(jí)kagome型復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述熱壓工藝包括以下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多級(jí)kagome型復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述復(fù)合材料層合板(5)在模壓工藝中的鋪層厚度比例為0°：90°＝n：1，其中n為整數(shù)。