【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于加筋壁板及其成型模具，具体涉及一种兼具轻量化和整体强度高的一体化成型加筋壁板及其成型模具、成型方法和应用。
技术介绍
1、复合材料加筋壁板在航空航天、船舶、汽车及壳体结构等领域因其轻质、高强度和高承载效率而获得广泛应用。这些壁板通过共固化和二次胶接技术实现蒙皮与加强筋的连接，其中模具在成型过程中起到关键作用，确保加筋壁板尺寸精度，并控制固化过程中的热膨胀，以避免因模具与壁板热膨胀系数不匹配而导致的产品变形。
2、加筋壁板作为飞机结构中的主要承载部件，其应用日益广泛。这种结构由蒙皮和加强筋组成，通过共胶接或二次胶接技术结合。然而，在载荷作用下，筋条与蒙皮之间可能出现脱粘失效，影响结构的整体强度和可靠性。为提升承载能力，传统方法通过增加蒙皮厚度或筋条数量来实现，但这会增加结构重量，与航空航天领域轻量化设计的目标相冲突，传统加紧壁板结构如图1所示。为了在确保结构强度的同时实现轻量化，复合材料加筋壁板的设计和制造需综合考量材料选择、连接工艺和模具设计。通过优化这些因素，可以有效降低筋条与蒙皮脱粘的风险，提升结构性能，同时控制结构重量，满足航空航天领域对高性能复合材料加筋壁板的严格需求。
3、研究人员通过蒙皮与长桁的共固化工艺优化了加筋壁板的承载能力，同时减少了空间占用，但面临制造工艺复杂和成本增加的挑战。另有采用主次筋条的一体成型技术，有效分散载荷并提高壁板的抗失稳性能，尽管如此，其高精度制造工艺和特定尺寸比例限制了设计的灵活性。此外还有利用胶接固化和自动铺带工艺，提升了壁板的抗失稳能力和制造效率，
4、加筋壁板模具按材料种类可分为：金属模具、橡胶模具、复合材料模具和组合模具。其中金属模具最常用，金属模具具有夹持稳定，结构紧凑等优点。但是，金属模具存在应力集中的问题，加筋壁板会出现变形和缺陷的情况。因此，需要对金属模具进行改进，有学者提出一种电各向异性层合结构的复合材料模具，通过分区自加热使模具与加筋壁板的热膨胀系数的匹配。另有通过硅橡胶辅助加筋壁板模具提高纵横加筋壁板的密度质量和尺寸的精准。然而上述模具均存在灵活性不高的问题。
技术实现思路
1、为克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种兼具轻量化和整体强度高的一体化成型加筋壁板及其成型模具、成型方法和应用。
2、本专利技术的目的之一在于提供一种兼具轻量化和整体强度高的一体化成型加筋壁板，所述加筋壁板包括底部蒙皮、多个立筋和r区；
3、或者包括底部蒙皮、多个立筋、多个上缘条和r区，其特征在于，相邻立筋之间设有与左、右立筋均一体化的下缘条，且下缘条与蒙皮通过共固化形成一体化。
4、进一步限定，所述加筋壁板构型为工型、t型、j型、z型、l型或c型。
5、进一步限定，所述加筋壁板材质为纤维树脂预浸料。
6、更进一步限定，纤维包括碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维。
7、更进一步限定，树脂包括环氧树脂、双马来酰亚胺树脂和氰酸酯树脂。
8、进一步限定，r区内的填充物为单向纤维树脂预浸料捻子条。
9、本专利技术的目的之二在于提供一种用于成型上述加筋壁板的模具，所述模具包括上模具、下模具以及位于二者之间的芯模和两个l型模具，芯模为直角u形，上模具卡设在u形口内，两个l型模具的竖直面向内水平对置，l型模具竖直面的两端设有限位块，用于卡设芯模。
10、进一步限定，所述模具中芯模材质为聚合物，其余为金属。
11、更进一步限定，聚合物包括硅橡胶、聚四氟乙烯和聚酰亚胺，金属包括不锈钢、铝合金和铟钢。
12、本专利技术的目的之三在于提供一种使用上述模具成型上述加筋壁板的方法，所述方法按以下步骤进行：
13、s1：在下模具上按照预浸料预设铺设层数和角度进行铺放，获得底部蒙皮；
14、s2：按照目标加筋壁板的构型和预浸料预设铺设层数和角度在芯模外表面以及两个l型模具和芯模之间铺设预浸料，获得一体化的立筋和下缘条；其中，两个l型模具之间的芯模的个数依据立筋个数而定；
15、s3：将单向预浸料卷成捻子条，填充在l型模具和芯模之间的间隙，作为r区的填充物；
16、s4：当l型模具竖直边所在顶面铺设预浸料时，在l型模具竖直边所在顶面的预浸料上按照预浸料预设铺设层数和角度再铺放预浸料，获得上缘条；
17、s5：密封后于热压罐中进行固化，固化过程中保持一定压力，固化完成后脱模，得到兼具轻量化和整体强度高的一体化成型加筋壁板。
18、进一步限定，s5中固化程序为：固化温度为100-200℃，升温速率为1-10℃/min，压力为0.3-1.5mpa，保温保压时间为1-2h。
19、本专利技术的目的之四在于提供一种上述加筋壁板在飞机机翼、机身和进气道中的应用。
20、本专利技术相比于现有技术的优点：
21、(1)本专利技术的模具灵活性高，适用范围广，可以制备多种类型的加筋壁板，包含工型、t型和z型等，选取加筋壁板预浸料不同的铺叠位置制备不同类型的加筋壁板；根据加筋壁板的尺寸来确定组合模具的尺寸。组合模具可选择不同种类聚合物和金属，组合模具与加筋壁板热膨胀系数相匹配的材料可以减少热应力，预防加筋壁板产生变形和缺陷。
22、(2)经本专利技术方法获得的加筋壁板变形小，缺陷少。通过将蒙皮和加强筋用连续的纤维材料制成一个整体，提高了结构的稳定性和承载能力。具有较大的粘接面积，有效分散界面应力，减少局部应力集中，提高抗剥离能力。模具的聚合物部分(如硅橡胶)能够适应产品表面的形状和轮廓，确保模具与产品之间的良好贴合，从而减少了在固化过程中由于形状不匹配而引起的变形和残余应力。同时，模具的聚合物部分(如硅橡胶)具有模量低，随形型好，成型过程中压力传递更均匀，从而减少了试验件的缺陷。
23、(3)本专利技术的成型方法方便，采用共固化成型，简化了制备流程。且本专利技术的加筋壁板在重量上，比传统加筋壁板轻11.10％，材料成本降低。
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1.一种兼具轻量化和整体强度高的一体化成型加筋壁板，所述加筋壁板包括底部蒙皮(4)、多个立筋(3)和R区(5)；
2.根据权利要求1所述的加筋壁板，其特征在于，加筋壁板构型为工型、T型、J型、Z型、L型或C型。
3.根据权利要求1所述的加筋壁板，其特征在于，加筋壁板材质为纤维树脂预浸料。
4.根据权利要求1所述的加筋壁板，其特征在于，R区(5)内的填充物为单向纤维树脂预浸料捻子条。
5.用于成型权利要求1-4任一项所述的加筋壁板的模具，其特征在于，所述模具包括上模具(6)、下模具(9)以及位于二者之间的芯模(7)和两个L型模具(8)，芯模(7)为直角U形，上模具(6)卡设在U形口内，两个L型模具(8)的竖直面向内水平对置，L型模具(8)竖直面的两端设有限位块，用于卡设芯模(7)。
6.根据权利要求5所述的模具，其特征在于，所述模具中芯模(7)材质为聚合物，其余为金属。
7.根据权利要求6所述的模具，其特征在于，聚合物包括硅橡胶、聚四氟乙烯和聚酰亚胺，金属包括不锈钢、铝合金和铟钢。
8.用权利要求5
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，S5中固化程序为：固化温度为100-200℃，升温速率为1-10℃/min，压力为0.3-1.5MPa，保温保压时间为1-2h。
10.权利要求1-4任一项所述的加筋壁板在飞机机翼、机身和进气道中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种兼具轻量化和整体强度高的一体化成型加筋壁板，所述加筋壁板包括底部蒙皮(4)、多个立筋(3)和r区(5)；
2.根据权利要求1所述的加筋壁板，其特征在于，加筋壁板构型为工型、t型、j型、z型、l型或c型。
3.根据权利要求1所述的加筋壁板，其特征在于，加筋壁板材质为纤维树脂预浸料。
4.根据权利要求1所述的加筋壁板，其特征在于，r区(5)内的填充物为单向纤维树脂预浸料捻子条。
5.用于成型权利要求1-4任一项所述的加筋壁板的模具，其特征在于，所述模具包括上模具(6)、下模具(9)以及位于二者之间的芯模(7)和两个l型模具(8)，芯模(7)为直角u形，上模具(6)卡设在u形口内，两个l型模具(8)的竖直面向内...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫美玲，张鑫，严毅，张湘麟，谢媛，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：
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