一种减小变厚度三维机织预制体减纱梯度的方法和预制体
技术领域
本发明属于三维机织复合材料技术领域，具体涉及一种减小变厚度三维机织预制体减纱梯度的方法和预制体。
背景技术
三维机织结构预制体由于纱线在三维空间内相互交织，具有良好的结构整体性，常用于复合材料增强结构，在航空、航天等领域应用及发展越来越迅速。在实际工程应用中，部分复合材料部件为变厚度异形体，如沿着长度或宽度方向厚度逐渐减少，为了实现净尺寸仿形设计，常常采用减纱方式实现厚度变化。
预制体减纱前后必然带来预制体厚度值突变，预制体表面形成台阶，在预制体复合成型过程中，树脂流动速度将受台阶影响，速度变化可能会导致局部受力不匀，预制体发生变形。同时，减纱形成的台阶会形成富树脂区，带来局部缺陷，从而降低复合材料力学性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的预制体减纱形成的大梯度，从而提供一种减小变厚度三维机织预制体减纱梯度的方法和预制体。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种减小变厚度三维机织预制体减纱梯度的方法，自所述预制体厚度最大部分开始，在第2n-1个变厚度截面处抽出至少一层纬纱，与抽出的至少一层纬纱对应层的经纱暂时保留，且该暂时保留的对应层的经纱的运动路径发生改变，在抽出前所述对应层的经纱与未抽出的最上层或最下层经纱路径保持一致，在第2n个变厚度截面处将所述对应层的经纱抽出，在变厚度截面处抽出的经纱或纬纱自所述变厚度截面处被中断，所述n≥1。
一种减小变厚度三维机织预制体减纱梯度的方法，自所述预制体厚度最大部分开始，在第2n-1个变厚度截面处抽出至少一层经纱，与抽出的至少一层经纱对应层的纬纱暂时保留，且该暂时保留的对应层的纬纱的运动路径发生改变，在抽出前所述对应层的纬纱与未抽出的最上层或最下层纬纱路径保持一致，在第2n个变厚度截面处将所述对应层的纬纱抽出，在变厚度截面处抽出的经纱或纬纱自所述变厚度截面处被中断，所述n≥1。
优选地，在不同的变厚度截面处抽出的至少一层经纱或纬纱的层数可以相同也可以不相同，例如可以根据不同的减纱梯度的需要在减纱梯度较大的变截面处抽出比其它截面更多数量的纱线。
优选地，所述预制体的变厚度处位于所述预制体的单侧表面或正反两侧表面，当变厚度处位于所述预制体的上侧表面时，所述对应层的经纱或纬纱在抽出前与未抽出的最上层经纱或纬纱路径保持一致，当变厚度处位于所述预制体的下侧表面时，所述对应层的经纱或纬纱在抽出前与未抽出的最下层经纱或纬纱路径保持一致。
优选地，所述预制体的变厚度处在所述预制体的正反两侧表面交替设置或同步设置。
优选地，在所述预制体的变厚度的表面上所述变厚度截面按预定梯度分布。
一种减小变厚度三维机织预制体减纱梯度的方法，所述预制体通过将至少两层变厚度的单层预制体叠合形成，每个变厚度的单层预制体的变厚度处的分布位置与其它的变厚度的单层预制体的变厚度处的分布位置均不相同。
优选地，自最上层的单层预制体至最下层的单层预制体，变厚度处逐渐向厚度减少的方向偏移。
优选地，所述叠合形成的预制体的变厚度的表面上所述变厚度截面按预定梯度分布。
一种变厚度三维机织预制体，包括至少一个变厚度的表面，所述变厚度的表面上具有多个变厚度截面，按照厚度逐渐减少的方向，每个变厚度截面处比前一个变厚度截面处抽出至少一层经纱或纬纱，在变厚度截面处抽出的经纱或纬纱自所述变厚度截面处被中断。
优选地，所述预制体的变厚度处位于所述预制体的单侧表面或正反两侧表面。
优选地，在所述预制体的变厚度的表面上所述变厚度截面按预定梯度分布。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)本发明采用在纬纱或经纱抽出时，相应经纱或纬纱暂时保留，且该保留的经纱或纬纱运动路径发生改变，在抽出前与未抽出的相邻层经纱或纬纱路径保持一致的方式，实现了变厚度三维机织预制体减纱梯度的减小，避免了因同时减少经纱和纬纱而形成的大梯度，提高了仿形精度，避免因大梯度减纱出现的影响树脂流动带来的成型质量问题，以及减纱点集中产生产品缺陷；
(2)本发明通过将至少两层变厚度的子预制体叠合形成预制体，每个变厚度的子预制体的变厚度处的分布位置与其它的变厚度的子预制体的变厚度处的分布位置均不相同，自最上层的子预制体至最下层的子预制体，变厚度处逐渐向厚度减少的方向偏移，通过这样的方法得到的预制体的减纱梯度较小，提高了仿形精度，降低由于减纱点集中带来的厚度变化梯度，避免因大梯度减纱出现的影响树脂流动带来的成型质量问题，以及减纱点集中产生产品缺陷。
附图说明
图1为实施例1的单层预制体沿着经向变厚度纤维结构截面图。
图2为实施例1的单层预制体沿着经向变厚度形面图。
图3为实施例2的单层预制体沿着纬向变厚度纤维结构截面图。
图4为实施例2的单层预制体沿着纬向变厚度形面图。
图5为实施例3的叠层预制体沿着纬向变厚度形面图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
实施例1
本实例为一种减小沿着经向变厚度预制体减纱梯度方法，如图1所示，本实例的一种变厚度预制体1主体由经纱和纬纱两个系统纱线组成，其中a1～a4为经纱系统，e11～e155为纬纱系统，其中a1向a4方向为厚度方向，e11向e151方向为经向，垂直于经向和厚度方向的为纬向。沿着经向，在n1变厚度截面处的第一层开始被抽出，即e41～e151被抽出不再参与织造，现有技术中通常经纱a1在截面n1也被抽出，为了减小厚度变化梯度，本发明将a1暂时保留同时在继续织造中与相邻层经纱a2运动保持一致，并在截面n2抽出即R1为抽出部分。同理，在截面n3以后第二层纬纱e102～e152被抽出，经纱a2暂时保留，在截面n4被抽出，即R2为抽出部分，被保留的经纱在预制体厚度形面与目标产品形面较贴合时将被抽出。图2为沿经向变厚度预制体形面2示意图，在减纱面虚线L1为现有技术中经纬纱同时减纱的形面，L2为本发明采用方法，本发明明显降低减纱梯度。
实施例2
本实例为一种减小沿着纬向变厚度预制体减纱梯度方法，如图3所示，本实例的一种变厚度预制体3主体由经纱和纬纱两个系统纱线组成，其中a11～a155为经纱系统，e1～e4为纬纱系统，其中e1向e4方向为厚度方向，a11向a151方向为纬向，垂直于纬向和厚度方向的为经向。沿着纬向，在n5变厚度截面处的第一层经纱开始被抽出，即a41～a151被抽出不再参与织造，现有技术中通常纬纱e1在截面n5被抽出，为了减小厚度变化梯度，本发明将e1暂时保留同时在继续织造中与相邻层纬纱e2运动保持一致，并在截面n6抽出即R3为抽出部分。同理，在截面n7以后第二层经纱a102～a152被抽出，纬纱e2暂时保留，在截面n8被抽出，即R4为抽出部分，被保留的纬纱在预制体厚度形面与目标产品形面较贴合时将被抽出。图4为沿纬向变厚度预制体形面4示意图，在减纱面虚线L3为现有技术中经纬纱同时减纱的形面，L4为本发明采用方法，本发明明显降低减纱梯度。
实施例3
本实例为一种减小叠层变厚度预制体减纱梯度方法，如图5所示，部件8为变厚度预制体，由3件单层预制体5～7叠合形成，现有技术中通常3件单层变厚度预制体减纱位置相同，即均在截面n9、n12和n15，为了避免减纱点集中及厚度变化梯度大，本发明将3层预制体减纱点重新分布，减纱点沿着变厚度方向错位分布，单层预制体5减纱位置分别为n9、n12和n15，单层预制体6减纱位置分别为n10、n13和n16,单层预制体7减纱位置分别为n11、n14和n17，单层预制体可采用本发明中减小变厚度三维机织预制体减纱梯度的方法或传统在减纱点同时抽出经纬纱方法而形成。L5为现有技术中3层变厚度预制体减纱位置相同形成的形面，L6为本发明采用的方法形成的形面，即3层变厚度预制体减纱位置错位分布方法，显然，L6形面厚度变化梯度较小。
通过本发明的减小变厚度三维机织预制体减纱梯度的方法，可以得到变厚度三维机织预制体，所述变厚度三维机织预制体包括至少一个变厚度的表面，所述变厚度的表面上具有多个变厚度截面，按照厚度逐渐减少的方向，每个变厚度截面处比前一个变厚度截面处抽出至少一层经纱或纬纱，在变厚度截面处抽出的经纱或纬纱自所述变厚度截面处被中断。
优选地，所述预制体的变厚度处位于所述预制体的单侧表面或正反两侧表面，单侧表面例如呈三角形直角状，正反两侧表面例如呈梯形状。
优选地，所述预制体的变厚度处在所述预制体的正反两侧表面交替设置或同步设置。
优选地，在所述预制体的变厚度的表面上所述变厚度截面按预定梯度分布。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
