一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料
阅读说明：本技术 一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料 (Fiber composite material with imitated echinocandis squama structure and function ) 是由 韩奇钢 史明狄 韩志武 于 2021-01-04 设计创作，主要内容包括：一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料,所述纤维复合材料采用仿腔棘鱼鳞片的双螺旋铺排结构,由至少两组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠而成；每组螺旋纤维树脂层结构中,纤维树脂层以垂直于纤维树脂层中心的中心线为轴,自上而下依次旋转相同的旋转角呈周期地铺排设置；每组螺旋纤维树脂层结构中的纤维树脂层依次交替铺排叠置。本发明所述纤维复合材料仿照腔棘鱼鳞片的双螺旋纤维铺排结构,得到比传统纤维复合材料韧性更强的纤维层结构,可良好的抵抗纤维复合材料所受的剪切力,强化结构韧性。(A fiber composite material with an imitated cavity echinocandis scale structure and functions is characterized in that the fiber composite material adopts a double-spiral laying structure of the imitated cavity echinocandis scale and is formed by sequentially and alternately laying at least two groups of spiral fiber resin layer structures; in each group of spiral fiber resin layer structures, the fiber resin layers are arranged in a periodically way by taking a central line vertical to the center of the fiber resin layer as an axis and sequentially rotating the same rotation angle from top to bottom; the fiber resin layers in each group of spiral fiber resin layer structures are alternately paved and superposed in sequence. The fiber composite material provided by the invention imitates a double-spiral fiber laying structure of the thorny fish scales, so that a fiber layer structure with higher toughness than that of the traditional fiber composite material is obtained, the shearing force borne by the fiber composite material can be well resisted, and the structural toughness is strengthened.)
技术领域
本发明属于新材料领域中的复合材料技术，具体涉及一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料。
背景技术
随着航天领域、汽车技术的飞速发展，对于轻质、高强韧性的材料要求越来越高。其中，纤维复合材料具有质量轻、力学性能好的特点，在现代各种工程技术领域的应用越来越广泛。由于传统的纤维复合材料的铺排结构较为单一，与金属材料相比，其层间韧性难以找到有效的方法进行提升，且强度较差。而汽车、飞机等速度较高的交通工具往往要求的韧性较高。因此，如何使纤维复合材料在满足强韧性的前提下实现轻量化，是我们当今工程材料所面临的首要问题。
科研人员在仿生学研究过程中发现自然界的某些生物结构具有韧性强、强度高等特殊的优异性能，其中：
最古老的鱼类-腔棘鱼，其鳞片的双螺旋结构有很强的抗变形和抗断裂的能力。
因此，通过腔棘鱼等生物结构特性研究与分析，为得到一种新型的纤维铺排结构提供了良好的思路。通过对腔棘鱼鳞片的生物特性进行仿生，为仿生纤维复合材料的铺排结构提供了良好的方法。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，通过采用仿腔棘鱼鳞片的双螺旋纤维铺排结构，提高纤维复合材料的层间韧性。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：
一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，采用仿腔棘鱼鳞片的双螺旋铺排结构，由至少两组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠而成；
每组螺旋纤维树脂层结构中，纤维树脂层以垂直于纤维树脂层中心的中心线为轴，自上而下依次旋转相同的旋转角呈周期地铺排设置；
每组螺旋纤维树脂层结构中的纤维树脂层依次交替铺排叠置。
进一步地，各组所述螺旋纤维树脂层结构之间，纤维树脂层以相同的旋转角且同向铺排设置。
进一步地，各组所述螺旋纤维树脂层结构之间，纤维树脂层以相同的旋转角铺排设置，且各组所述螺旋纤维树脂层结构之间纤维树脂层的铺排旋转方向相反。
进一步地，各组所述螺旋纤维树脂层结构之间，纤维树脂层以不同的旋转角铺排设置，且各组所述螺旋纤维树脂层结构之间纤维树脂层的铺排旋转方向相同。
进一步地，各组所述螺旋纤维树脂层结构之间，纤维树脂层以不同的旋转角铺排设置，且各组所述螺旋纤维树脂层结构之间纤维树脂层的铺排旋转方向相反。
进一步地，各组螺旋纤维树脂层结构中，位于首层且相邻的纤维树脂层之间铺排的夹角为α，其中-90°≤α≤90°。
更进一步地，各组螺旋纤维树脂层结构中，每组螺旋纤维树脂层的内部旋转角为β，其中-90°≤β≤90°。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明所述一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，仿照腔棘鱼鳞片的双螺旋纤维铺排结构，得到比传统纤维复合材料抗冲击性更强的纤维铺排结构，可良好的抵抗纤维复合材料所受的剪切力、冲击力并强化结构韧性。
2、本发明所述一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，采用两组或多组螺旋纤维树脂层依次交替铺叠，增加了纤维在复合材料厚度方向的分量，裂纹传播路径沿厚度方向延长，能够分散裂纹对复合材料基体产生的负面影响，构成的纤维复合材料的结构韧性较传统纤维复合材料提升≥20％；
3、本发明所述一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，各组螺旋纤维树脂层之间同步旋转时，当结构受到弯曲变形，纤维树脂层会分散弯曲应力造成的影响，构成的纤维复合材料抗弯曲性能较传统纤维复合材料提升≥10％；
4、本发明所述一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，各组螺旋纤维树脂层之间的首层纤维树脂层呈夹角设置时，纤维排列方式多样化，改变了裂纹的传播路径，使结构的抗冲击性能提高≥15％；
5、本发明所述一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，各组螺旋纤维树脂层之间的纤维树脂层同向螺旋铺排时，纤维延同一方向的数量更多，结构受到冲击力时，多束纤维共同分散冲击力，构成的纤维复合材料损伤面积较传统纤维复合材料降低≥20％；
6、本发明所述一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，各组螺旋纤维树脂层之间的纤维树脂层反向螺旋铺排时，纤维树脂层由于反向旋转，裂纹传播会消耗更多能量，构成的纤维复合材料断裂韧性较传统纤维复合材料提升≥10％；
7、本发明所述一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，各组纤维树脂层旋转角度相同时，增加了裂纹传播路径的方向，延缓了纤维基体开裂，能良好的抵抗剪切应力所造成的影响，构成的纤维复合材料剪切应变较传统纤维复合材料降低≥10％；
8、本发明所述一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，各组纤维树脂层旋转角度不同时，纤维排列方式复杂化，裂纹传播路径受到阻断，延缓纤维基体产生裂纹，构成的纤维复合材料抗裂纹性能较传统纤维复合材料提升≥20％；
附图说明
图1为腔棘鱼鳞片的双螺旋纤维结构示意图，其中：白色箭头表示第一组纤维层螺旋铺排结构，黑色箭头表示第二组纤维层螺旋铺排结构；
图2a为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例一中第一组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图2b为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例一中第二组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图2c为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例一中两组螺旋纤维树脂层的首层纤维树脂层的铺排设置示意图；
图3a为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例二中第一组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图3b为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例二中第二组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图3c为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例二中两组螺旋纤维树脂层的首层纤维树脂层的铺排设置示意图；
图4a为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例三中第一组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图4b为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例三中第二组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图4c为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例三中两组螺旋纤维树脂层的首层纤维树脂层的铺排设置示意图；
图5a为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例四中第一组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图5b为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例四中第二组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图5c为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例四中两组螺旋纤维树脂层的首层纤维树脂层的铺排设置示意图；
图6a为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例五中第一组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图6b为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例五中第二组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图6c为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例五中两组螺旋纤维树脂层的首层纤维树脂层的铺排设置示意图；
图7a为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例六中第一组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图7b为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例六中第二组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图7c为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例六中第三组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图7d为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例六中三组螺旋纤维树脂层的首层纤维树脂层的铺排设置示意图；
图8a为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例七中第一组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图8b为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例七中第二组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图8c为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例七中第三组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图8d为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例七中三组螺旋纤维树脂层的首层纤维树脂层的铺排设置示意图；
图9a为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例八中第一组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图9b为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例八中第二组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图9c为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例八中第三组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图9d为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例八中三组螺旋纤维树脂层的首层纤维树脂层的铺排设置示意图；
图10a为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例九中第一组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图10b为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例九中第二组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图10c为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例九中第三组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图10d为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例九中三组螺旋纤维树脂层的首层纤维树脂层的铺排设置示意图；
图11a为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例十中第一组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图11b为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例十中第二组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图11c为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例十中第三组螺旋纤维树脂层螺旋铺排结构示意图；
图11d为本发明所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，实施例十中三组螺旋纤维树脂层的首层纤维树脂层的铺排设置示意图；
图中：
1-第一纤维树脂层；2-第二纤维树脂层；3-第三纤维树脂层；
α-位于首层且相邻的纤维树脂层之间铺排的夹角；
β-每组螺旋纤维树脂层的内部旋转角。
具体实施方式
为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：
实施例一：
如图2a、2b和2c所示，本实施例一公开了一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，如图1所示，所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料的铺层结构采用基于腔棘鱼鳞片的双螺旋层叠铺排结构。
所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料由两组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠后压合而成，其中：
第一组螺旋纤维树脂层结构中的第一纤维树脂层1与第二组螺旋纤维树脂层结构中的第二纤维树脂层2均采用单向纤维预浸料浸润树脂而成；
所述第一组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第一纤维树脂层1中心的中心线为轴，第一纤维树脂层1自上而下依次旋转相同的第一旋转角β1铺排设置，其中，所述第一旋转角β1＝10°；
所述第二组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第二纤维树脂层2中心的中心线为轴，第二纤维树脂层2自上而下依次旋转相同的第二旋转角β2铺排设置，其中，所述第二旋转角β2＝10°；
所述第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2依次交替铺排叠置，且位于首层的第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2之间的第一夹角α1＝0°；
由于第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2以相同的旋转角度同向旋转铺排，本实施例一中，以第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2均累计旋转90°为一个旋转周期进行铺排，即所述第一纤维树脂层1和第二纤维树脂层2均以10层为一个周期。
上述实施例一中，采用仿腔棘鱼鳞片的两组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠结构，增加了纤维在复合材料厚度方向的分量，且两组螺旋纤维树脂层之间的首层纤维树脂层同向设置，两组螺旋纤维树脂层之间的纤维树脂层沿相同的螺旋角度同向螺旋铺排，所构成的纤维复合材料改变了组内纤维铺排方向，起到抵抗变形、增强韧性的作用，且材料韧性较传统纤维复合材料提升40％。
实施例二：
如图3a、3b和3c所示，本实施例二公开了一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，如图1所示，所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料的铺层结构采用基于腔棘鱼鳞片的双螺旋层叠铺排结构。
所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料由两组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠后压合而成，其中：
第一组螺旋纤维树脂层结构中的第一纤维树脂层1与第二组螺旋纤维树脂层结构中的第二纤维树脂层2均采用单向纤维预浸料浸润树脂而成；
所述第一组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第一纤维树脂层1中心的中心线为轴，第一纤维树脂层1自上而下依次旋转相同的第一旋转角β1铺排设置，其中，所述第一旋转角β1＝10°；
所述第二组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第二纤维树脂层2中心的中心线为轴，第二纤维树脂层2自上而下依次旋转相同的第二旋转角β2铺排设置，其中，所述第二旋转角β2＝10°；
所述第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2依次交替铺排叠置，且位于首层的第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2之间的第一夹角α1＝90°；
由于第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2以相同的旋转角度同向旋转铺排，本实施例二中，以第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2均累计旋转90°为一个旋转周期进行铺排，即所述第一纤维树脂层1和第二纤维树脂层2均以10层为一个周期。
上述实施例二中，采用仿腔棘鱼鳞片的两组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠结构，增加了纤维在复合材料厚度方向的分量，且两组螺旋纤维树脂层之间的首层纤维树脂层呈90°夹角设置，两组螺旋纤维树脂层之间的纤维树脂层沿相同的螺旋角度同向螺旋交替铺排，所构成的纤维复合材料改变了组内纤维铺排方向，起到更好的抵抗变形、增强韧性的作用，且材料韧性较传统纤维复合材料提升50％。
实施例三：
如图4a、4b和4c所示，本实施例三公开了一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，如图1所示，所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料的铺层结构采用基于腔棘鱼鳞片的双螺旋层叠铺排结构。
所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料由两组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠后压合而成，其中：
第一组螺旋纤维树脂层结构中的第一纤维树脂层1与第二组螺旋纤维树脂层结构中的第二纤维树脂层2均采用单向纤维预浸料浸润树脂而成；
所述第一组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第一纤维树脂层1中心的中心线为轴，第一纤维树脂层1自上而下依次旋转相同的第一旋转角β1铺排设置，其中，所述第一旋转角β1＝10°；
所述第二组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第二纤维树脂层2中心的中心线为轴，第二纤维树脂层2自上而下依次旋转相同的第二旋转角β2铺排设置，其中，所述第二旋转角β2＝-10°；即第二组螺旋纤维树脂层结构中的第二纤维树脂层2的旋转方向与第一组螺旋纤维树脂层结构中的第一纤维树脂层1的旋转方向相反；
所述第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2依次交替铺排叠置，且位于首层的第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2之间的第一夹角α1＝0°；
由于第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2以相同的旋转角度反向旋转铺排，本实施例三中，以第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2均累计旋转90°为一个旋转周期进行铺排，即所述第一纤维树脂层1和第二纤维树脂层2均以10层为一个周期。
上述实施例三中，采用仿腔棘鱼鳞片的两组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠结构，增加了纤维在复合材料厚度方向的分量，且两组螺旋纤维树脂层之间的首层纤维树脂层同向设置，两组螺旋纤维树脂层之间的纤维树脂层沿相同的螺旋角度反向螺旋交替铺排，所构成的纤维复合材料改变了组内纤维铺排方向，起到更好的抵抗变形、增强韧性的作用，且材料韧性较传统纤维复合材料提升60％。
实施例四：
如图5a、5b和5c所示，本实施例四公开了一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，如图1所示，所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料的铺层结构采用基于腔棘鱼鳞片的双螺旋层叠铺排结构。
所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料由两组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠后压合而成，其中：
第一组螺旋纤维树脂层结构中的第一纤维树脂层1与第二组螺旋纤维树脂层结构中的第二纤维树脂层2均采用单向纤维预浸料浸润树脂而成；
所述第一组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第一纤维树脂层1中心的中心线为轴，第一纤维树脂层1自上而下依次旋转相同的第一旋转角β1铺排设置，其中，所述第一旋转角β1＝10°；
所述第二组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第二纤维树脂层2中心的中心线为轴，第二纤维树脂层2自上而下依次旋转相同的第二旋转角β2铺排设置，其中，所述第二旋转角β2＝20°；
所述第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2依次交替铺排叠置，且位于首层的第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2之间的第一夹角α1＝0°；
第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2以不同的旋转角度同向旋转铺排，本实施例四中，由于第一纤维树脂层1的第一旋转角β1＝10°，第二纤维树脂层2的第二旋转角β2＝20°，在累计旋转相同的角度时，第一纤维树脂层1的层数最多，故以第一纤维树脂层1累计旋转90°为一个旋转周期进行铺排，即所述第一纤维树脂层1以10层为一个周期，与之相对应地，第二纤维树脂层2均累计旋转180°为一个旋转周期进行铺排，即所述第二纤维树脂层2也以10层为一个周期。
上述实施例四中，采用仿腔棘鱼鳞片的两组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠结构，增加了纤维在复合材料厚度方向的分量，且两组螺旋纤维树脂层之间的首层纤维树脂层同向设置，两组螺旋纤维树脂层之间的纤维树脂层沿不同的螺旋角度同向螺旋铺排，所构成的纤维复合材料改变了组内纤维铺排方向，起到更加显著的抵抗变形、增强韧性的作用，且材料韧性较传统纤维复合材料提升70％。
实施例五：
如图6a、6b和6c所示，本实施例五公开了一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，如图1所示，所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料的铺层结构采用基于腔棘鱼鳞片的双螺旋层叠铺排结构。
所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料由两组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠后压合而成，其中：
第一组螺旋纤维树脂层结构中的第一纤维树脂层1与第二组螺旋纤维树脂层结构中的第二纤维树脂层2均采用单向纤维预浸料浸润树脂而成；
所述第一组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第一纤维树脂层1中心的中心线为轴，第一纤维树脂层1自上而下依次旋转相同的第一旋转角β1铺排设置，其中，所述第一旋转角β1＝10°；
所述第二组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第二纤维树脂层2中心的中心线为轴，第二纤维树脂层2自上而下依次旋转相同的第二旋转角β2铺排设置，其中，所述第二旋转角β2＝-20°；即第二组螺旋纤维树脂层结构中的第二纤维树脂层2的旋转方向与第一组螺旋纤维树脂层结构中的第一纤维树脂层1的旋转方向相反；
所述第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2依次交替铺排叠置，且位于首层的第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2之间的第一夹角α1＝0°；
第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2以不同的旋转角度且反向旋转铺排，本实施例五中，由于第一纤维树脂层1的第一旋转角β1＝10°，第二纤维树脂层2的第二旋转角β2＝-20°，在累计旋转相同的角度时，第一纤维树脂层1的层数最多，故以第一纤维树脂层1累计旋转90°为一个旋转周期进行铺排，即所述第一纤维树脂层1以10层为一个周期，与之相对应地，第二纤维树脂层2均累计旋转180°为一个旋转周期进行铺排，即所述第二纤维树脂层2也以10层为一个周期。
上述实施例五中，采用仿腔棘鱼鳞片的两组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠结构，增加了纤维在复合材料厚度方向的分量，且两组螺旋纤维树脂层之间的首层纤维树脂层同向设置，两组螺旋纤维树脂层之间的纤维树脂层沿不同的螺旋角度且反向螺旋铺排，所构成的纤维复合材料改变了组内纤维铺排方向，起到更加显著的抵抗变形、增强韧性的作用，且材料韧性较传统纤维复合材料提升80％。
实施例六：
如图7a、7b、7c和7d所示，本实施例六公开了一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，如图1所示，所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料的铺层结构采用基于腔棘鱼鳞片的双螺旋层叠铺排结构。
所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料由三组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠后压合而成，其中：
第一组螺旋纤维树脂层结构中的第一纤维树脂层1、第二组螺旋纤维树脂层结构中的第二纤维树脂层2以及第三组螺旋纤维树脂层结构中的第三纤维树脂层3均采用单向纤维预浸料浸润树脂而成；
所述第一组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第一纤维树脂层1中心的中心线为轴，第一纤维树脂层1自上而下依次旋转相同的第一旋转角β1铺排设置，其中，所述第一旋转角β1＝10°；
所述第二组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第二纤维树脂层2中心的中心线为轴，第二纤维树脂层2自上而下依次旋转相同的第二旋转角β2铺排设置，其中，所述第二旋转角β2＝10°；
所述第三组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第三纤维树脂层3中心的中心线为轴，第三纤维树脂层3自上而下依次旋转相同的第三旋转角β3铺排设置，其中，所述第三旋转角β3＝10°；
所述第一纤维树脂层1、第二纤维树脂层2和第三纤维树脂层3依次交替铺排叠置，且位于首层的第一纤维树脂层1和第二纤维树脂层2之间的第一夹角α1＝0°，第二纤维树脂层2与第三纤维树脂层3之间的第二夹角α2＝0°；
由于第一纤维树脂层1、第二纤维树脂层2与第三纤维树脂层3以相同的旋转角度同向旋转铺排，本实施例六中，以第一纤维树脂层1、第二纤维树脂层2和第三纤维树脂层3均累计旋转90°为一个旋转周期进行铺排，即所述第一纤维树脂层1、第二纤维树脂层2和第三纤维树脂层3均以10层为一个周期。
上述实施例六中，采用仿腔棘鱼鳞片的三组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠结构，增加了纤维在复合材料厚度方向的分量，且三组螺旋纤维树脂层之间的首层纤维树脂层同向设置，三组螺旋纤维树脂层之间的纤维树脂层沿相同的螺旋角度同向螺旋铺排，所构成的纤维复合材料改变了组内纤维铺排方向，起到抵抗变形、增强韧性的作用，且材料韧性较传统纤维复合材料提升60％。
实施例七：
如图8a、8b、8c和8d所示，本实施例七公开了一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，如图1所示，所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料的铺层结构采用基于腔棘鱼鳞片的双螺旋层叠铺排结构。
所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料由三组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠后压合而成，其中：
第一组螺旋纤维树脂层结构中的第一纤维树脂层1、第二组螺旋纤维树脂层结构中的第二纤维树脂层2以及第三组螺旋纤维树脂层结构中的第三纤维树脂层3均采用单向纤维预浸料浸润树脂而成；
所述第一组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第一纤维树脂层1中心的中心线为轴，第一纤维树脂层1自上而下依次旋转相同的第一旋转角β1铺排设置，其中，所述第一旋转角β1＝10°；
所述第二组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第二纤维树脂层2中心的中心线为轴，第二纤维树脂层2自上而下依次旋转相同的第二旋转角β2铺排设置，其中，所述第二旋转角β2＝10°；
所述第三组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第三纤维树脂层3中心的中心线为轴，第三纤维树脂层3自上而下依次旋转相同的第三旋转角β3铺排设置，其中，所述第三旋转角β3＝10°；
所述第一纤维树脂层1、第二纤维树脂层2和第三纤维树脂层3依次交替铺排叠置，且位于首层的第一纤维树脂层1和第二纤维树脂层2之间的第一夹角α1＝-45°，第二纤维树脂层2与第三纤维树脂层3之间的第二夹角α2＝-45°；
由于第一纤维树脂层1、第二纤维树脂层2与第三纤维树脂层3以相同的旋转角度同向旋转铺排，本实施例七中，以第一纤维树脂层1、第二纤维树脂层2和第三纤维树脂层3均累计旋转90°为一个旋转周期进行铺排，即所述第一纤维树脂层1、第二纤维树脂层2和第三纤维树脂层3均以10层为一个周期。
上述实施例七中，采用仿腔棘鱼鳞片的三组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠结构，增加了纤维在复合材料厚度方向的分量，且三组螺旋纤维树脂层之间的首层纤维树脂层依次呈-45°夹角设置，三组螺旋纤维树脂层之间的纤维树脂层沿相同的螺旋角度同向螺旋铺排，所构成的纤维复合材料改变了组内纤维铺排方向，起到更好的抵抗变形、增强韧性的作用，且材料韧性较传统纤维复合材料提升70％。
实施例八：
如图9a、9b、9c和9d所示，本实施例八公开了一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，如图1所示，所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料的铺层结构采用基于腔棘鱼鳞片的双螺旋层叠铺排结构。
所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料由三组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠后压合而成，其中：
第一组螺旋纤维树脂层结构中的第一纤维树脂层1、第二组螺旋纤维树脂层结构中的第二纤维树脂层2以及第三组螺旋纤维树脂层结构中的第三纤维树脂层3均采用单向纤维预浸料浸润树脂而成；
所述第一组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第一纤维树脂层1中心的中心线为轴，第一纤维树脂层1自上而下依次旋转相同的第一旋转角β1铺排设置，其中，所述第一旋转角β1＝10°；
所述第二组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第二纤维树脂层2中心的中心线为轴，第二纤维树脂层2自上而下依次旋转相同的第二旋转角β2铺排设置，其中，所述第二旋转角β2＝-10°；即第二组螺旋纤维树脂层结构中的第二纤维树脂层2的旋转方向与第一组螺旋纤维树脂层结构中的第一纤维树脂层1的旋转方向相反；
所述第三组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第三纤维树脂层3中心的中心线为轴，第三纤维树脂层3自上而下依次旋转相同的第三旋转角β3铺排设置，其中，所述第三旋转角β3＝10°；即第三组螺旋纤维树脂层结构中的第三纤维树脂层3的旋转方向与第一组螺旋纤维树脂层结构中的第一纤维树脂层1的旋转方向相同，与第二组螺旋纤维树脂层结构中的第二纤维树脂层2的旋转方向相反；
所述第一纤维树脂层1、第二纤维树脂层2和第三纤维树脂层3依次交替铺排叠置，且位于首层的第一纤维树脂层1和第二纤维树脂层2之间的第一夹角α1＝90°，第二纤维树脂层2与第三纤维树脂层3之间的第二夹角α2＝0°；
第一纤维树脂层1、第二纤维树脂层2与第三纤维树脂层3以相同的旋转角度旋转铺排，本实施例八中，以第一纤维树脂层1、第二纤维树脂层2和第三纤维树脂层3均累计旋转90°为一个旋转周期进行铺排，即所述第一纤维树脂层1、第二纤维树脂层2和第三纤维树脂层3均以10层为一个周期。
上述实施例八中，采用仿腔棘鱼鳞片的三组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠结构，增加了纤维在复合材料厚度方向的分量，且三组螺旋纤维树脂层之间的首层纤维树脂层中，第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2之间呈90°夹角设置，第二纤维树脂层2与第三纤维树脂层3之间同向设置，三组螺旋纤维树脂层之间的纤维树脂层中，第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2以相同的螺旋角反向螺旋铺排，第二纤维树脂层2与第三纤维树脂层3以相同的螺旋角反向螺旋铺排，所构成的纤维复合材料改变了组内纤维铺排方向，起到更好的抵抗变形、增强韧性的作用，且材料韧性较传统纤维复合材料提升80％。
实施例九：
如图10a、10b、10c和10d所示，本实施例八公开了一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，如图1所示，所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料的铺层结构采用基于腔棘鱼鳞片的双螺旋层叠铺排结构。
所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料由三组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠后压合而成，其中：
第一组螺旋纤维树脂层结构中的第一纤维树脂层1、第二组螺旋纤维树脂层结构中的第二纤维树脂层2以及第三组螺旋纤维树脂层结构中的第三纤维树脂层3均采用单向纤维预浸料浸润树脂而成；
所述第一组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第一纤维树脂层1中心的中心线为轴，第一纤维树脂层1自上而下依次旋转相同的第一旋转角β1铺排设置，其中，所述第一旋转角β1＝10°；
所述第二组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第二纤维树脂层2中心的中心线为轴，第二纤维树脂层2自上而下依次旋转相同的第二旋转角β2铺排设置，其中，所述第二旋转角β2＝20°；
所述第三组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第三纤维树脂层3中心的中心线为轴，第三纤维树脂层3自上而下依次旋转相同的第三旋转角β3铺排设置，其中，所述第三旋转角β3＝300°；
所述第一纤维树脂层1、第二纤维树脂层2和第三纤维树脂层3依次交替铺排叠置，且位于首层的第一纤维树脂层1和第二纤维树脂层2之间的第一夹角α1＝0°，第二纤维树脂层2与第三纤维树脂层3之间的第二夹角α2＝0°；
第一纤维树脂层1、第二纤维树脂层2与第三纤维树脂层3以不同的旋转角度同向旋转铺排，本实施例九中，由于第一纤维树脂层1的第一旋转角β1＝10°，第二纤维树脂层2的第二旋转角β2＝20°，第三纤维树脂层3的第三旋转角β3＝30°，在累计旋转相同的角度时，第一纤维树脂层1的层数最多，故以第一纤维树脂层1累计旋转90°为一个旋转周期进行铺排，即所述第一纤维树脂层1以10层为一个周期，与之相对应地，第二纤维树脂层2累计旋转180°为一个旋转周期进行铺排，即所述第二纤维树脂层2也以10层为一个周期，第三纤维树脂层3累计旋转270°为一个旋转周期进行铺排，即所述第三纤维树脂层3亦以10层为一个周期。
上述实施例九中，采用仿腔棘鱼鳞片的三组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠结构，增加了纤维在复合材料厚度方向的分量，且三组螺旋纤维树脂层之间的首层纤维树脂层中，第一纤维树脂层1、第二纤维树脂层2与第三纤维树脂层3之间同向设置，三组螺旋纤维树脂层之间的纤维树脂层中，第一纤维树脂层1、第二纤维树脂层2与第三纤维树脂层3以不同的螺旋角同向螺旋铺排，所构成的纤维复合材料改变了组内纤维铺排方向，起到更加显著的抵抗变形、增强韧性的作用，且材料韧性较传统纤维复合材料提升90％。
实施例十：
如图11a、11b、11c和11d所示，本实施例十公开了一种仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料，如图1所示，所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料的铺层结构采用基于腔棘鱼鳞片的双螺旋层叠铺排结构。
所述仿腔棘鱼鳞片结构与功能的纤维复合材料由三组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠后压合而成，其中：
第一组螺旋纤维树脂层结构中的第一纤维树脂层1、第二组螺旋纤维树脂层结构中的第二纤维树脂层2以及第三组螺旋纤维树脂层结构中的第三纤维树脂层3均采用单向纤维预浸料浸润树脂而成；
所述第一组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第一纤维树脂层1中心的中心线为轴，第一纤维树脂层1自上而下依次旋转相同的第一旋转角β1铺排设置，其中，所述第一旋转角β1＝10°；
所述第二组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第二纤维树脂层2中心的中心线为轴，第二纤维树脂层2自上而下依次旋转相同的第二旋转角β2铺排设置，其中，所述第二旋转角β2＝-20°；即第二组螺旋纤维树脂层结构中的第二纤维树脂层2的旋转方向与第一组螺旋纤维树脂层结构中的第一纤维树脂层1的旋转方向相反；
所述第三组螺旋纤维树脂层结构中，以垂直于第三纤维树脂层3中心的中心线为轴，第三纤维树脂层3自上而下依次旋转相同的第三旋转角β3铺排设置，其中，所述第三旋转角β3＝30°；即第三组螺旋纤维树脂层结构中的第三纤维树脂层3的旋转方向与第一组螺旋纤维树脂层结构中的第一纤维树脂层1的旋转方向相同，与第二组螺旋纤维树脂层结构中的第二纤维树脂层2的旋转方向相反；
所述第一纤维树脂层1、第二纤维树脂层2和第三纤维树脂层3依次交替铺排叠置，且位于首层的第一纤维树脂层1和第二纤维树脂层2之间的第一夹角α1＝0°，第二纤维树脂层2与第三纤维树脂层3之间的第二夹角α2＝0°；
第一纤维树脂层1、第二纤维树脂层2与第三纤维树脂层3以不同的旋转角度旋转铺排，本实施例十中，由于第一纤维树脂层1的第一旋转角β1＝10°，第二纤维树脂层2的第二旋转角β2＝-20°，第三纤维树脂层3的第三旋转角β3＝30°，在累计旋转相同的角度时，第一纤维树脂层1的层数最多，故以第一纤维树脂层1累计旋转90°为一个旋转周期进行铺排，即所述第一纤维树脂层1以10层为一个周期，与之相对应地，第二纤维树脂层2累计旋转180°为一个旋转周期进行铺排，即所述第二纤维树脂层2也以10层为一个周期，第三纤维树脂层3累计旋转270°为一个旋转周期进行铺排，即所述第三纤维树脂层3亦以10层为一个周期。
上述实施例十中，采用仿腔棘鱼鳞片的三组螺旋纤维树脂层结构依次交替铺叠结构，增加了纤维在复合材料厚度方向的分量，且三组螺旋纤维树脂层之间的首层纤维树脂层中，第一纤维树脂层1、第二纤维树脂层2与第三纤维树脂层3之间同向设置，三组螺旋纤维树脂层之间的纤维树脂层中，第一纤维树脂层1与第二纤维树脂层2以不同的螺旋角螺旋铺排，且第一组螺旋纤维树脂层结构中的第一纤维树脂层1与第二组螺旋纤维树脂层结构中的第二纤维树脂层2反向螺旋铺排，第二组螺旋纤维树脂层结构中的第二纤维树脂层2与第三组螺旋纤维树脂层结构中的第三纤维树脂层3反向螺旋铺排；所构成的纤维复合材料改变了组内纤维铺排方向，起到更加显著的抵抗变形、增强韧性的作用，且材料韧性较传统纤维复合材料提升100％。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
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