一种抗弯曲碳纤维梁及其制造方法
阅读说明：本技术 一种抗弯曲碳纤维梁及其制造方法 (Anti-bending carbon fiber beam and manufacturing method thereof ) 是由 谈源 张驰 邓嘉康 汤娟 周敏杰 王师佑 郭佳新 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及列车车厢梁制造技术领域,尤其涉及一种抗弯曲碳纤维梁及其制造方法；包括外梁体,为长度方向贯通的方形管结构；若干个芯材,为长方体结构,设置在外梁体内部,且沿外梁体的长度方向分布；每个芯材的外侧均设置包裹层,包裹层包裹设置在外梁体两端的芯材的顶面、底面和朝向外梁体内部的侧面,包裹层包裹设置在两端的芯材之间的芯材的顶面、底面和两个与外梁体长度方向垂直的侧面；相邻芯材通过包裹层相互抵接；其中,外梁体与包裹层通过固化成型工艺连接成一体结构。本发明的目的就是针对现有技术中存在的缺陷提供一种抗弯曲碳纤维梁及其制造方法,提高碳纤维梁的抗弯曲性能。(The invention relates to the technical field of train carriage beam manufacturing, in particular to a bending-resistant carbon fiber beam and a manufacturing method thereof; comprises an outer beam body which is a square tube structure communicated in the length direction; the core materials are of cuboid structures, are arranged inside the outer beam body and are distributed along the length direction of the outer beam body; the outer side of each core material is provided with a wrapping layer, the wrapping layers wrap the top surface and the bottom surface of the core materials arranged at the two ends of the outer beam body and the side surfaces facing the inside of the outer beam body, and the wrapping layers wrap the top surface and the bottom surface of the core materials arranged between the core materials at the two ends and the two side surfaces vertical to the length direction of the outer beam body; the adjacent core materials are mutually abutted through the wrapping layers; wherein, the outer beam body and the wrapping layer are connected into an integral structure through a curing molding process. The present invention is directed to provide a bending-resistant carbon fiber beam and a method for manufacturing the same, which can improve the bending resistance of the carbon fiber beam.)
技术领域
本发明涉及列车车厢梁制造技术领域，尤其涉及一种抗弯曲碳纤维梁及其制造方法。
背景技术
碳纤维复合材料为一种密度小、强度高、模量高的新型材料，用其制作列车车身可以让重量大大减轻，实现了列车轻量化，对于列车的安全提速起着深远意义。碳纤维梁是碳纤维车身中用于形成车厢形状、并连接蒙皮等部件的重要零件，在现有技术中的碳纤维通常采用拉挤工艺加工成型，但由于碳纤维梁的长度通常较长，拉挤成型的梁抗弯曲性能较差，在碳纤维梁的中段受力时容易产生弯曲，严重影响碳纤维梁的正常使用。
鉴于上述问题，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，提供一种抗弯曲碳纤维梁及其制造方法，提高碳纤维梁的抗弯曲性能。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术中存在的缺陷提供一种抗弯曲碳纤维梁及其制造方法，通过在碳纤维梁长度方向的垂直方向形成加强筋结构，提高碳纤维梁的抗弯曲性能。
为了达到上述目的，本发明提供一种抗弯曲碳纤维梁，包括：
外梁体，为长度方向贯通的方形管结构；
若干个芯材，为长方体结构，设置在所述外梁体内部，且沿所述外梁体的长度方向分布；每个所述芯材的外侧均设置包裹层，所述包裹层包裹设置在所述外梁体两端的所述芯材的顶面、底面和朝向所述外梁体内部的侧面，所述包裹层包裹所述两端的所述芯材之间的所述芯材的顶面、底面和两个与所述外梁体长度方向垂直的侧面；相邻的所述芯材通过所述包裹层相互抵接；
其中，所述外梁体与所述包裹层通过固化成型工艺连接成一体结构。
进一步地，芯材为正方体结构。
进一步地，芯材的棱上设置有圆倒角结构。
进一步地，还包括铺设层，设置在所述外梁体内侧的顶端和底端，且设置在所述包裹层和所述外梁体之间，所述铺设层、所述外梁体与所述包裹层通过固化成型工艺连接成一体结构。
本发明还提供一种抗弯曲碳纤维梁的制造方法，步骤包括：
制作芯材：将泡沫切割成若干个长方体形状，形成芯材；
制作芯块：取出两个芯材，使用干碳纤维布分别包裹两个芯材的一圈三个侧面，形成两个端面芯块；使用干碳纤维布分别包裹剩余芯材的一圈四个侧面，形成中间芯块；
制作管芯层结构：将端面芯块和中间芯块拼接形成管芯层结构；其中，两个端面芯块分别放置在管芯层结构的两端，其包裹有干碳纤维布的三个侧面中，两个相对侧面分别朝向底面和顶面，另外一个侧面朝向管芯层结构内部；中间芯块放置在两个端面芯块之间，其包裹有干碳纤维布的四个相对侧面中，两个相对的侧面分别朝向底面和顶面，另外两个侧面朝向管芯层结构长度方向的垂直方向；
制作外梁体：使用干碳纤维包裹管芯层结构长度方向的外表面，形成外梁体；
整体成型：使用树脂浸湿所有干碳纤维布，待树脂固化成型后，即制得一种抗弯曲碳纤维梁。
进一步地，在所述制作芯材步骤中，将泡沫切割为正方体形状形成芯材。
进一步地，在所述制作芯材步骤与所述制作芯块步骤之间，还包括以下步骤：
倒角处理：将芯材的棱进行圆倒角处理。
进一步地，在所述制作管芯层结构中，将干碳纤维布裁切成梁的形状形成铺设层；在端面芯块和中间芯块拼接后，将铺设层铺设在端面芯块和中间芯块的底面和顶面，端面芯块、中间芯块和铺设层形成管芯层结构。
进一步地，在所述整体成型步骤中，树脂浸润干碳纤维布后，通过真空袋成型工艺、模压成型工艺或RTM成型工艺实现树脂的固化成型。
进一步地，在所述制作外梁体步骤和所述整体成型步骤之间，还包括以下步骤：
包裹导流网：在外梁体外侧包裹导流网；
在所述整体成型步骤中，通过真空袋成型工艺实现树脂的固化成型，并且在树脂固化成型后取下导流网。
通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：
通过设计的一种抗弯曲碳纤维梁及其制造方法，将设置有包裹层的芯材在外梁体的内部沿长度方向进行排列，相抵的包裹层在通过固化成型工艺后，会形成与外梁体长度方向垂直的加强筋结构，使碳纤维梁的整体在成型后具有较好的碳纤维梁的抗弯曲性能；中间芯材保留在外梁体的内部，对碳纤维梁整体起支撑作用，提高碳纤维梁的承重能力；设置在两端的芯材由于仅被包裹层包裹住三个侧面，其朝向碳纤维梁外侧的表面与外梁体端面齐平，使用者可以根据需要拆除两端芯材或对芯材进行加工形成开口，满足多个碳纤维梁在拼装时的安装需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中抗弯曲碳纤维梁的结构示意图；
图2为本发明实施例中抗弯曲碳纤维梁的侧面示意图；
图3为本发明实施例中图2的A处放大图；
图4为本发明实施例中图3的B处剖视图；
附图标记：外梁体1、芯材2、包裹层3、铺设层4。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，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。
一种抗弯曲碳纤维梁，如图1~4所示，包括：外梁体1，为长度方向贯通的方形管结构；若干个芯材2，为长方体结构，设置在外梁体1内部，且沿外梁体1的长度方向分布；每个芯材2的外侧均设置包裹层3，包裹层3包裹设置在外梁体1两端的芯材2的顶面、底面和朝向外梁体1内部的侧面，包裹层3包裹设置在两端的芯材2之间的芯材2的顶面、底面和两个与外梁体1长度方向垂直的侧面；相邻的芯材2通过包裹层3相互抵接；其中，外梁体1与包裹层3通过固化成型工艺连接成一体结构。
具体的，本发明将设置有包裹层3的芯材2在外梁体1的内部沿长度方向进行排列，相抵的包裹层3在通过固化成型工艺后，会形成与外梁体1长度方向垂直的加强筋结构，使碳纤维梁的整体在成型后具有较好抗弯曲性能；同时，设置在中间的芯材2保留在外梁体1的内部，对碳纤维梁整体内壁起支撑作用，提高碳纤维梁的承重能力；设置在两端的芯材2由于仅被包裹层3包裹住三个侧面，其朝向外梁体1外侧的表面与外梁体1端面齐平，使用者可以根据需要拆除两端的芯材2、或对芯材2进行加工形成开口，在多个碳纤维梁在拼装时可以将连接结构藏在碳纤维梁内部、或满足特殊的安装需求。芯材2优选为泡沫结构，使芯材2能够吸收缓冲，设置在中间的芯材2可以吸收碳纤维梁所受的冲击，设置在两端的芯材2也可以更便捷地进行拆除或加工。
作为芯材2形状的一种优选，如图1~4所示，芯材2为正方体结构，使芯材2的长、宽、高相等，使芯材2自身具有更好的抗弯曲能力，从而提升碳纤维梁整体的抗弯曲性能；同时在生产过程中，若芯材2的长、宽、高不同，则人员在缠绕时必须对特定的面进行缠绕，人员必须将芯材2摆至特定朝向，而由于本发明的芯材2为正方体结构，人员可以对芯材2的任意一圈三个侧面或一圈四个侧面缠绕上包裹层3，从而省去将芯材2摆至特定朝向的步骤，从而有效增加生产效率。
为了避免加强筋结构和外梁体1的连接处产生应力集中导致开裂，如图3所示，芯材2的棱上设置有圆倒角结构，则在缠绕包裹层3时，芯材2棱处的包裹层3也会形成圆倒角结构，从而避免应力集中的产生。
优选地，如图1~4所示，还包括铺设层4，设置在外梁体1内侧的顶端和底端，且设置在包裹层3和外梁体1之间，铺设层4、外梁体1与包裹层3通过固化成型工艺连接成一体结构。
本发明的一种抗弯曲碳纤维梁的制造方法，步骤包括：
制作芯材2：将泡沫切割成若干个长方体形状，形成芯材2；
制作芯块：取出两个芯材2，使用干碳纤维布分别包裹两个芯材2的一圈三个侧面，形成两个端面芯块；使用干碳纤维布分别包裹剩余芯材2的一圈四个侧面，形成中间芯块；
制作管芯层结构：将端面芯块和中间芯块拼接形成管芯层结构；其中，两个端面芯块分别放置在管芯层结构的两端，其包裹有干碳纤维布的三个侧面中，两个相对侧面分别朝向底面和顶面，另外一个侧面朝向管芯层结构内部；中间芯块放置在两个端面芯块之间，其包裹有干碳纤维布的四个相对侧面中，两个相对的侧面分别朝向底面和顶面，另外两个侧面朝向管芯层结构长度方向的垂直方向；
制作外梁体1：使用干碳纤维包裹管芯层结构长度方向的外表面，形成外梁体1；
整体成型：使用树脂浸湿所有干碳纤维布，待树脂固化成型后，即制得一种抗弯曲碳纤维梁。
具体的，本方法通过先使用干碳纤维布进行包裹，使碳纤维梁整体成型后，再将干碳纤维布用树脂浸湿固化成型的方式，使人员在操作过程中能够更方便地进行包裹的操作，从而提升生产效率。
作为正方体形状的芯材2的形成方法，在制作芯材2步骤中，将泡沫切割为正方体形状形成芯材2。
作为圆倒角结构的形成方法，在制作芯材2步骤与制作芯块步骤之间，还包括以下步骤：倒角处理：将芯材2的棱进行圆倒角处理。
作为铺设层4的形成方法，在制作管芯层结构中，将干碳纤维布裁切成梁的形状形成铺设层4；在端面芯块和中间芯块拼接后，将铺设层4铺设在端面芯块和中间芯块的底面和顶面，端面芯块、中间芯块和铺设层4形成管芯层结构。
具体的，由于在制作外梁体1中需要对拼接好的芯材2外侧进行包裹，就会需要有将拼接好的芯材2整体抬起、甚至将拼接好的芯材2整体旋转的动作，操作难度较大，因此使用铺设层4抵住拼接好的芯材2底部和顶部，使拼接好的芯材2整体可以进行移动；同时，先将铺设层4裁切成梁的形状，则在铺设层4铺设后，人员可以根据铺设层4的形状对芯材2的位置进行调整，从而保证碳纤维梁成品的形状，其具体的一种操作方式为：先在平面上铺设一层铺设层4，之后根据该铺设层4的形状在该铺设层4上放置包裹有包裹层3的芯材2，之后再在芯材2上铺设一层铺设层4，从而形成管芯层结构。
外梁体1、包裹层3和铺设层4均可由一层或多层干碳纤维布组成。
优选的，在整体成型步骤中，树脂浸润干碳纤维布后，通过真空袋成型工艺、模压成型工艺或RTM成型工艺实现树脂的固化成型。
当通过真空袋成型工艺进行树脂的固化成型时，在制作外梁体1步骤和整体成型步骤之间，还包括以下步骤：
包裹导流网：在外梁体1外侧包裹导流网；
在整体成型步骤中，通过真空袋成型工艺实现树脂的固化成型，并且在树脂固化成型后取下导流网。
具体的，真空袋成型工艺中较难保证树脂均匀地浸湿干碳纤维布，因此需要在外梁体1外侧再包裹上导流网，引导树脂的流动，保证树脂能均匀地浸湿干碳纤维布，从而提高产品质量。
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。
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