一种构建复合材料可控波纹缺陷的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及复合材料性能评估领域，具体涉及一种构建复合材料可控波纹缺陷的方法，用于制备含波纹缺陷的复合材料层合板，为定量研究波纹/皱褶类缺陷对复合材料力学性能的影响奠定基础。
【背景技术】
[0002]波纹/皱褶类缺陷是复合材料生产过程中一种极为常见的缺陷，主要有面内波纹和面外波纹两大类。波纹产生的原因是多种多样的，如纤维缠绕过程中增强纤维局部屈曲，环向缠绕张力压迫下层纤维，基体/纤维/模具之间热膨胀系数不匹配引起残余应力等。波纹缺陷能够引起复合材料刚度、强度显著下降，应力集中、裂纹萌生，容易诱发复合材料发生剪切破坏，导致复合材料结构件过早失效，严重影响复合材料性能和制约复合材料应用。
[0003]在复合材料大制件中不可避免地会存在波纹缺陷，随着复合材料大制件越来越广泛的应用，这种缺陷越来越受到人们的关注。为准确预测波纹缺陷对复合材料力学性能影响，开展对复合材料刚度、强度、失效机制的评估，构建可控波纹缺陷是首先需要解决的问题。
[0004]目前，国内开展复合材料波纹缺陷研究工作的科研院校与企业较少，也鲜有公开发表与波纹缺陷相关的科研成果。国外早在上世纪90年代就开始研究缺陷对复合材料力学性能的影响，相关研究主要集中在碳纤维预浸料领域。实际上许多复合材料大制件生产主要是使用玻璃纤维增强材料，干的玻璃纤维织物与碳纤维预浸料完全不同，前者不容易固定，此外还要考虑成型过程中树脂的浸润、渗透和传递过程，所以不可能借鉴碳纤维预浸料构建波纹缺陷的方法。因此，如何利用干纤维织物构建可控波纹缺陷，模拟工业生产过程中复合材料结构件中频繁出现的波缺陷，成为亟需解决的问题。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明提供一种构建复合材料波纹缺陷的方法，用于制备含波纹缺陷的复合材料层合板，为定量研究波纹/皱褶类缺陷对复合材料力学性能的影响奠定基础。
[0006]为了实现这一目的，本发明所采用的技术方案是:一种构建复合材料可控波纹缺陷的方法，其为制作均一波纹缺陷时，采用以下步骤:
[0007]I)在钢化玻璃模具上依次铺放第一根大刚度金属丝、下层脱模布、干纤维织物和上层脱模布，用密封胶分别将大刚度金属丝两端与上下两层脱模布均固定在钢化玻璃模具上;
[0008]2)在上层脱模布上再铺设两根大刚度金属丝，两根大刚度金属丝与第一根大刚度金属丝平行放置，并且与第一根大刚度金属丝的距离均相等，最后铺设导流网；
[0009]3)在整个体系气密性良好情况下，采用真空辅助树脂注射成型工艺(VARI)完成均一波纹缺陷的制作。
[0010]按上述方案，所述的大刚度金属丝为钢丝。
[0011]按上述方案，所述的大刚度金属丝的截面为圆形，其长度比干纤维织物层宽度长8mm-12mmο
[0012]按上述方案，步骤2)所述的两根大刚度金属丝的两端利用密封胶固定在钢化玻璃模具上，并将大刚度金属丝两端用密封胶垫起，其垫起高度等于干纤维织物铺层厚度。
[0013]本发明提出的另一技术方案，一种构建复合材料波纹缺陷的方法，其为制作梯度波纹与局部波纹缺陷时，采用以下步骤:
[0014]I)在钢化玻璃模具上依次铺放第一根大刚度金属丝、下层脱模布、干纤维织物和上层脱模布，用密封胶分别将大刚度金属丝两端与上下两层脱模布均固定在钢化玻璃模具上;
[0015]2)在上层脱模布上再铺设两根大刚度金属丝，两根大刚度金属丝与第一根大刚度金属丝平行放置，并且与第一根大刚度金属丝的距离均相等，最后铺设导流网；
[0016]3)在整个体系气密性良好情况下，采用真空辅助树脂注射成型工艺(VARI)完成预成型均一波纹薄板的制作；
[0017]4)将制得的预成型均一波纹薄板的凹面朝上，并放置在干纤维织物层中，在体系气密性良好的情况下，采用真空辅助树脂注射成型工艺(VARI)完成梯度波纹与局部波纹缺陷的制作。
[0018]按上述方案，所述的大刚度金属丝为钢丝。
[0019]按上述方案，所述的大刚度金属丝的截面为圆形，其长度比干纤维织物层宽度长8mm-12mmο
[0020]按上述方案，步骤2)所述的两根大刚度金属丝的两端利用密封胶固定在钢化玻璃模具上，并将大刚度金属丝两端用密封胶垫起，垫起高度等于干纤维织物铺层厚度。
[0021]按上述方案，步骤4)所述预成型均一波纹薄板置于干纤维织物层的中间位置。
[0022]本发明的有益效果是:采用上述技术方案，能够方便地制作复合材料均一波纹、梯度波纹和局部波纹三类缺陷，利用密封胶固定钢丝，在固定钢丝的同时，通过垫高钢丝两端，能够有效防止钢丝弯曲，实现对波纹参数(波长λ与振幅Α)的准确控制。此外，通过调整相邻钢丝之间的距离得到不同波纹比(Α/λ)的波纹。制作的含均一波纹缺陷薄板，凹面朝上放置在干纤维织物中，配合真空辅助树脂注射成型工艺(VARI)，得到与工程实际中类似的梯度波纹和局部波纹，使制作的波纹缺陷更具有实际研究价值。该方法的提出符合科学问题的工程背景(玻璃纤维增强复合材料大制件应用广泛)，具有较好的实际意义，兼具制作工艺简单，成本低廉，可控性好的特点。
【附图说明】
[0023]图1为本发明构建复合材料均一波纹缺陷的纤维铺层示意图；
[0024]其中，I一密封胶；2—螺旋管；3—进胶管；4一真空袋；5—钢丝(底层钢丝编号为a，上层钢丝编号分别为b、c) ;6—导流网；7—上层脱模布；8—干纤维织物；9一下层脱模布；10—吸胶毡；11一出胶管；12—钢化玻璃模具；13—真空栗体系；14一存胶体系；
[0025]图2为本发明构建复合材料梯度波纹缺陷的纤维铺层示意图；
[0026]其中，I一密封胶；2—螺旋管；3—进胶管；4一真空袋；6—导流网；7—上层脱模布；8—干纤维织物；9一下层脱模布；10—吸胶毡；11 一出胶管；12—钢化玻璃模具；13—真空栗体系；14一存胶体系；15—预成型均一波纹薄板；
[0027]图3为本发明构建复合材料局部波纹缺陷的纤维铺层示意图；
[0028]其中，I一密封I父；2—螺旋管；3—进I父管；4一真空袋；6—导流网；7—上层脱模布；8—干纤维织物；9一下层脱模布；10—吸胶毡；11 一出胶管；12—钢化玻璃模具；13—真空栗体系；14一存胶体系；15—预成型均一波纹薄板；
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明，但是此说明不会构成对本发明的限制。
[0030]如图1所示，本发明制作复合材料均一波纹缺陷时，采用以下步骤:
[0031]第一步:在钢化玻璃模具上依次铺放一定尺寸钢丝5、下层脱模布9(保持与前面【附图说明】中一致)、干纤维织物8、上层脱模布7，用密封胶分别将钢丝两端与两层脱模布的四角固定在钢化玻璃模具12上，钢丝5截面为圆形，刚度大，钢丝5的长度比干纤维织物层宽度长1mm左右，用密封胶将钢丝5、下层脱模布9与上层脱模布7固定在钢化玻璃模具上;
[0032]第二步:在上层脱模布7上铺设两根钢丝5，两根钢丝与第一根钢丝平行放置，并且与第一根钢丝的距离均相等，两根钢丝5两端利用密封胶固定在钢化玻璃模具上，并将钢丝两端用密封胶垫起，垫起高度等于干纤维织物铺层厚度，接着在其上铺设导流网，然后依次铺设进胶管3、螺旋管2、出胶管11、吸胶毡10，进胶管3与存胶体系14相连，出胶管11与真空栗体系13相连，最后用密封胶I与真空袋4将整个体系密封；
[0033]第三步:在体系气密性良好的情况下，采用真空辅助树脂注射成型工艺(VARI)完成均一波纹缺陷的制作；
[0034]如图2及图3所示，本发明制作复合材