一种桁架式工字梁结构及用于制备该工字梁结构的模具的制作方法

本实用新型属于复合材料领域，尤其涉及一种桁架式工字梁结构及用于制备该工字梁结构的模具。

背景技术：

现有普通金属工字梁结构重量大，结构单一，不能根据实际的载荷需要进行结构的改型，结构上容易失稳。

目前，复合材料工字梁的传统制造方法是缘条和腹板分别固化，然后通过胶接连接得到复合材料工字梁。这种工字梁由于胶接强度不够，在界面处易发生断裂。

对于现有的复合材料工字梁整体成型的制备方法得到的工字梁，其稳定性与强度较差，同时难于实现减重。随着科技的发展，无论航空航天制造还是其他工业制造的需要，在设计和制造高性能复合材料方面都有很大进展。复合材料零部件都朝着轻量化和高强度方向发展，这也是复合材料制作方面的难点和热点。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种桁架式复合材料工字梁，对传统工字梁进行改进，包括上、下缘条、中间腹板、腹板两侧桁架结构，腹板上桁架结构的分布、厚度和大小可调，可设计性强，不仅可解决分体式复合材料工字梁因胶接造成的连接强度低等问题，还可以使桁架式复合材料工字梁更加轻量化并且结构强度和稳定性更高。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种桁架式复合材料工字梁结构，包括上缘条、下缘条、腹板3和桁架结构，所述上缘条与下缘条与腹板成直角，用于使该桁架式复合材料工字梁结构的剖面成工型结构。

作为本实用新型一种桁架式复合材料工字梁结构的进一步优选方案，腹板上桁架结构的分布、厚度和大小可调。

作为本实用新型一种桁架式复合材料工字梁结构的进一步优选方案，该桁架式复合材料工字梁结构为整体结构，使用复合材料成型工艺模压工艺制备，一次成型。

作为本实用新型一种桁架式复合材料工字梁结构的进一步优选方案，桁架式复合材料工字梁使用材料为复合材料。

一种用于制备该工字梁结构的模具，所述工艺模包含上模具、下模具、左模具和右模具；其中，左模具和右模具，用于结构成型，上模具和下模具，用于上缘条和下缘条加压。

作为本实用新型一种用于制备该工字梁结构的模具的进一步优选方案，所述左模具和右模具包含桁架槽，所述桁架槽的侧面为桁架槽截面。

作为本实用新型一种用于制备该工字梁结构的模具的进一步优选方案，还包含纤维布叠层，所含纤维布叠层铺设在桁架槽内。

作为本实用新型一种用于制备该工字梁结构的模具的进一步优选方案，所述上模具(5)、下模具、左模具和右模具的材料为钢。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本实用新型所述一种桁架式工字梁结构及用于制备该工字梁结构的模具，比强度更高；其腹板上的桁架结构使工字梁腹板厚度更薄，重量更轻，同时增加了工字梁的稳定性；

2、本实用新型所述一种桁架式复合材料工字梁的桁架结构可根据不同受力情况对其形状、大小及分布进行调整，从而将这种桁架式复合材料工字梁在不同受力载荷下更加稳定合理，可设计性更强；

3、本实用新型所述一种桁架式工字梁结构及用于制备该工字梁结构的模具为整体结构，采用共固化成型，克服了现有制造方法得到的分体式复合材料工字梁因胶接造成的缘条与腹板之间连接强度低的问题不需要分体式胶接，结构更加稳定。

附图说明

图1为本实用新型的一种桁架式工字梁结构及用于制备该工字梁结构的模具示意图；

图2为本实用新型的全部模具及桁架式复合材料工字梁成型示意图；

图3为本实用新型的左、右模具正面视图；

其中：1-上缘条；2-下缘条；3-腹板；4-桁架结构；5-上模具；6-下模具；7-左模具；8-右模具；9-桁架槽截面；10-纤维布叠层；11-桁架槽。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，为一种桁架式工字梁结构及用于制备该工字梁结构的模具示意图，对传统工字梁进行改进，包括上缘条1、下缘条2、腹板3、桁架结构4，腹板上桁架结构的分布、厚度和大小可调，可设计性强。不仅可以解决分体式复合材料工字梁因胶接造成的连接强度低等问题，还可以使桁架式复合材料工字梁更加轻量化并且结构强度和稳定性更高。

工字梁结构采用复合材料制备，使用复合材料成型工艺模压工艺制备，采用共固化成型。如图2所示为模具和桁架式复合材料工字梁成型横截面示意图，其中模具是由4块模具组成，分别为上模具5、下模具6、左模具7和右模具8；其中3、4模具含有桁架槽用于铺腹板上的桁架结构，左模具7和右模具8用于结构成型，上模具5、下模具6用于上下缘条加压；整个工字梁为共固化成型。图3为左、右模具正面视图，包含桁架槽11。还包含纤维布叠层10，所含纤维布叠层10铺设在桁架槽11内，该工字梁在组合模具上进行预浸料铺覆后再通过热固化一次成型。

在本实用新型中，桁架式工字梁是一个整体式结构，这种方法制备得到桁架式工字梁的缘条与腹板之间的纤维是连续的，不仅可以解决分体式复合材料工字梁因胶接造成的连接强度低等问题，还可以使桁架式复合材料工字梁更加轻量化并且结构强度和稳定性更高。桁架式工字梁结构由于在腹板处有桁架结构，可以对不同受力情况的工字梁进行受力分析并且对桁架结构进行相应设计与布置，提高了工字梁的可设计性与结构效率。

技术特征：

1.一种桁架式复合材料工字梁结构，其特征在于：包括上缘条(1)、下缘条(2)、腹板(3)和桁架结构(4)，所述上缘条(1)与下缘条(2)与腹板(3)成直角，用于使该桁架式复合材料工字梁结构的剖面成工型结构。

2.根据权利要求1所述的一种桁架式复合材料工字梁结构，其特征在于：腹板(3)上桁架结构的分布、厚度和大小可调。

3.根据权利要求1所述的一种桁架式复合材料工字梁结构，其特征在于：该桁架式复合材料工字梁结构为整体结构，使用复合材料成型工艺模压工艺制备，一次成型。

4.根据权利要求1所述的一种桁架式复合材料工字梁结构，其特征在于：桁架式复合材料工字梁使用材料为复合材料。

5.一种用于制备权利要求1至4任一项所述的工字梁结构的模具，其特征在于：所述工艺模包含上模具(5)、下模具(6)、左模具(7)和右模具(8)；

其中，左模具(7)和右模具(8)，用于结构成型，上模具(5)和下模具(6)，用于上缘条和下缘条加压。

6.根据权利要求5所述的模具，其特征在于：所述左模具(7)和右模具(8)包含桁架槽(11)，所述桁架槽(11)的侧面为桁架槽截面(9)。

7.根据权利要求6所述的模具，其特征在于：还包含纤维布叠层(10)，所含纤维布叠层(10)铺设在桁架槽(11)内。

8.根据权利要求5所述的模具，其特征在于，所述上模具(5)、下模具(6)、左模具(7)和右模具(8)的材料为钢。

技术总结
本实用新型公开了一种桁架式工字梁结构及用于制备该工字梁结构的模具，其结构包括上、下缘条、中间腹板、腹板两侧桁架结构。其特征在于，腹板上桁架结构的分布、厚度和大小可以根据载荷调节；所述桁架式复合材料工字梁结构是整体结构，通过复合材料工艺模压工艺一次成型。本实用新型具有如下优点：整体采用复合材料制备，比强度更高；桁架结构使工字梁稳定性更好；桁架结构的可设计性强；采用一次固化成型，克服了现有制造方法得到的分体式复合材料工字梁因胶接造成的缘条与腹板之间连接强度低的问题；因为有桁架结构可使工字梁腹板更薄，上下缘条厚度可做渐变结构，减少一部分不必要的结构，从而将工字梁整体达到减重效果；整体强度更高，结构更加稳定，重量更轻。

技术研发人员：王凯;曹东强;陈敏英;贺强;王瀚艺;凌云;程嘉斌;熊晨曦;辜兴悦;辜兴磊
受保护的技术使用者：中国民用航空飞行学院
技术研发日：2019.08.30
技术公布日：2020.07.28