專(zhuān)利名稱(chēng)：復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法，并且涉及如此形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
背景技術(shù)：
在許多結(jié)構(gòu)中，面板附接有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以改善搭接穩(wěn)定性。在飛機(jī)中，蒙皮面板(即，翼蓋)可能具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件(例如，桁條)。該加強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件遭遇各種障礙物并且因此需要被“截?cái)唷被蚪K止。在加強(qiáng)構(gòu)件與在截?cái)鄥^(qū)域中進(jìn)行加強(qiáng)的蒙皮面板之間傳遞負(fù)載的問(wèn)題是眾所周知的。通常使用結(jié)合線(xiàn)來(lái)將桁條凸緣附接到蒙皮，并且能夠結(jié)合螺栓連接來(lái)使用該結(jié)合線(xiàn)以將負(fù)載傳遞到蒙皮中。
常規(guī)金屬桁條能夠從給定截面(例如，“ I”、“T”、“L”)機(jī)加工成為在終端處的平坦延伸凸緣。桁條能夠具有初始腹板錐形(即，降低腹板高度)，以借助提供逐漸減小的橫向彎曲和軸向剛度而有利于負(fù)載傳遞。所附接的平坦延伸凸緣使得該桁條末端當(dāng)由于平面內(nèi)負(fù)載的偏心而彎曲時(shí)能夠更順應(yīng)蒙皮。通過(guò)顯著地減小在截?cái)嗖刻幍慕孛婷娣e以及截面慣性矩來(lái)降低更接近蒙皮的桁條的中性軸以及逐漸減小桁條的剛度的作用是為了通過(guò)結(jié)合和/或螺栓連接來(lái)逐漸地傳遞負(fù)載。復(fù)合桁條通常包括位于中心腹板部段中的背對(duì)背界面，但是這些復(fù)合桁條不能夠以理想的方式截?cái)啵@是因?yàn)樽钚「浇痈叨缺仨毐３指哂跅l狀物(noodle)(在界面處的縫口中的纖維填充物)，以防止腹板在負(fù)載下破裂。因此這限制了中性軸的降低以及截面面積的減小。結(jié)果，桁條終端區(qū)域中的幾何錐形以及因此的負(fù)載傳遞趨于相對(duì)突然而在彎曲下較差地順應(yīng)蒙皮。加強(qiáng)構(gòu)件到蒙皮的結(jié)合或共固化緩解了這種情形；這是由于在附接凸緣終端位置處的高結(jié)合線(xiàn)剛度和峰值剪切負(fù)載引起的。這些結(jié)合接頭還趨于易遭受剝離失效。這些因素會(huì)導(dǎo)致在這些區(qū)域中的過(guò)早破裂、剝離以及脫層生成。如果在加強(qiáng)構(gòu)件和蒙皮之間存在顯著的剛度不匹配，那么這種情況在復(fù)合面板中會(huì)加劇。為了實(shí)現(xiàn)共固化/共結(jié)合結(jié)構(gòu)的潛在減重益處，克服這種問(wèn)題也是重要的。用于復(fù)合“T”桁條的典型截?cái)嗖堪ǜ拱宀慷蔚膸Ы嵌儒F形，直到殘留高度足以確保背靠背腹板部段之間的足夠結(jié)合區(qū)域。當(dāng)該幾何錐形可能不足以在桁條的期望位置處終止該桁條時(shí)，可能使用期望終止位置內(nèi)側(cè)的另一結(jié)構(gòu)構(gòu)件(例如，飛機(jī)翼肋)來(lái)幫助更有效地傳遞負(fù)載，從而延遲破裂開(kāi)始/脫層。由于該較早的終止，必須沿桁條截?cái)嗖繅埣用善ず穸?，從而?dǎo)致重量負(fù)擔(dān)。此外，附加支承結(jié)構(gòu)構(gòu)件可能需要修改以考慮新的負(fù)載，并且截?cái)鄥^(qū)域的修復(fù)變得更復(fù)雜。桁條終端區(qū)域中的進(jìn)ー步幾何修改是可能的，但是這具有相關(guān)加工、公差和制造的復(fù)雜性。因此期望借助非幾何修改來(lái)使得復(fù)合桁條在終端區(qū)域中更為順應(yīng)。此外或另選地，期望使得桁條在截?cái)鄥^(qū)域內(nèi)側(cè)的ー個(gè)或更多個(gè)位置處更為順應(yīng)。更一般地，期望使得任何復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的區(qū)域借助非幾何修改而更為順應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面提供一種制造復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法，所述方法包括鋪設(shè)纖維增強(qiáng)層壓層的疊層的步驟，其中，這些層中的至少ー層作為分離的第一層部分和第二層部分被鋪設(shè)，并且所述第二部分的纖維與所述第一部分的纖維具有不同的特征，且其中，所述第二部分延伸直到所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的邊緣，并且所述第一部分被設(shè)置在所述邊緣的內(nèi)側(cè)。本發(fā)明的另一方面提供一種根據(jù)第一方面的方法制造的復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)件。本發(fā)明的有利之處在于，層的一部分或一組層被替代為具有不同纖維特征的層部分。包含替代物的層能夠被設(shè)置在疊層中的連續(xù)層之間。纖維特征能夠是其模量、取向和/或材料。例如，具有O度取向的層能夠具有包含+/-45度的纖維的替代部，以便有利地降低在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的替代區(qū)域中的軸向剛度。另選地，替代層部分能夠具有較低模量但與層的其余部分具有相同取向的纖維，以實(shí)現(xiàn)降低替代區(qū)域中的軸向剛度的相同效果。第一層部分和第二層部分能夠具有相同材料(例如，用于ー個(gè)部分的碳中模量(IMS)以及用于另一部 分的碳高抗拉強(qiáng)度(HIS))的纖維，或者層部分能夠具有不同材料(例如，碳和玻璃)的纖維，以便實(shí)現(xiàn)替代區(qū)域中的軸向剛度的降低。優(yōu)選地，第一部分的層和第二部分的層具有相同厚度，以便于制造。然而，能想到的是，ー組相鄰層能夠替代ー組不同數(shù)量的層，以便適應(yīng)在単獨(dú)的第一部分的層和第二部分的層之間的厚度差。例如，能夠在第一區(qū)域中設(shè)置四個(gè)O. 125mm厚的層，并且能夠在第二區(qū)域中設(shè)置兩個(gè)O. 25mm厚的層，使得不發(fā)生局部厚度變化。第一部分和第二部分的相鄰邊緣可以抵接，以有助于確保不存在局部厚度變化。然而，疊層內(nèi)的有效負(fù)載傳遞可以通過(guò)重疊第一部分和第二部分的相鄰邊緣來(lái)實(shí)現(xiàn)。重疊距離能夠被控制，以在需要時(shí)最小化對(duì)局部厚度變化的影響，以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化加工需求。優(yōu)選地，至少局部使用自動(dòng)積層技術(shù)來(lái)鋪設(shè)層。例如，可使用自動(dòng)鋪帶機(jī)(ATL)或纖維鋪設(shè)機(jī)來(lái)鋪設(shè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的大多數(shù)層?？梢越柚謥?lái)更成本有效地鋪設(shè)替代層。然而，能想到的是，整個(gè)鋪設(shè)能夠自動(dòng)進(jìn)行。例如，當(dāng)替代層部分包括與在鋪設(shè)結(jié)構(gòu)中的另ー層相同的纖維帶時(shí)，在編程自動(dòng)過(guò)程以實(shí)現(xiàn)這種替代方面不存在困難。尤其在自動(dòng)鋪設(shè)的情況下，可能有利的是，第一層部分和第二層部分均包括單向纖維。然而，對(duì)用于第一部分和/或第二部分的編織或混合纖維層的使用不加限制。優(yōu)選地，在所述疊層中鋪設(shè)下ー層之前順序地鋪設(shè)所述第一部分和所述第二部分。然而，當(dāng)替代ー組層時(shí)，優(yōu)選的是可以在該組中鋪設(shè)全部第二層部分之前或之后來(lái)鋪設(shè)該組中的全部第一層部分。第二部分延伸到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的邊緣，并且第一部分設(shè)置在該邊緣的內(nèi)側(cè)。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件是桁條時(shí)，層替代物能夠處于截?cái)鄥^(qū)域中。在一個(gè)實(shí)施方式中，具有大致沿桁條縱向取向的纖維的ー層或更多層具有用具有不同特征的纖維替代的截?cái)鄥^(qū)域，使得該桁條在截?cái)鄥^(qū)域處與桁條的其余部分相比具有較低的軸向剛度。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件是具有例如檢修孔切ロ部的面板時(shí)，層替代物能夠處于與該切ロ部相鄰的區(qū)域中。在一個(gè)實(shí)施方式中，面板期望地在切ロ部的內(nèi)側(cè)具有高剛度，而在與切ロ部相鄰的區(qū)域中具有較低剛度，且因此具有改善的損傷容限。層替代能夠通過(guò)層壓疊層對(duì)多層或?qū)咏M來(lái)重復(fù)。第一層部分和第二層部分之間的過(guò)渡能夠沿疊層的全厚度方向交錯(cuò)，使得由于替代物引起的任何局部厚度變化或負(fù)載傳遞的降低不會(huì)集中在該結(jié)構(gòu)構(gòu)件的ー個(gè)區(qū)域中。


現(xiàn)在將參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，在附圖中圖Ia和Ib示出了固定到面板的桁條終端的剖視圖；圖2a至2e示出了從多個(gè)復(fù)合部件來(lái)形成桁條的方法；圖3示出了用于其中一個(gè)桁條部件的層壓疊層，其中，其中一個(gè)層在其外側(cè)端具有替代部；圖4詳細(xì)地示出了替代層；圖5示出了穿過(guò)固定到面板的桁條的凸緣的剖視圖；·圖6示出了圖5的細(xì)節(jié)C的第一示例，示出了抵接的替代層部分；圖7示出了細(xì)節(jié)C的第二示例，示出了重疊的替代層部分；圖8示出了細(xì)節(jié)C的第三示例，示出了多個(gè)層用不同數(shù)量的層來(lái)替代；圖9示出了 a)逐漸過(guò)渡到替代層部分；b)瞬時(shí)過(guò)渡到替代層部分；以及c)臺(tái)階式過(guò)渡到替代層部分；圖10示出了現(xiàn)有技術(shù)飛機(jī)翼箱的局部剖切圖，示出了理想的桁條終端位置(虛線(xiàn))以及伴隨有加厚蒙皮的受影響的桁條終端位置；圖11示出了飛機(jī)翼箱的局部剖切圖，所述飛機(jī)翼箱包括根據(jù)本發(fā)明的修改桁條的第一示例，其中虛線(xiàn)表示引入層替代物以在該終端處提供有限的剛度降低；圖12示出了飛機(jī)翼箱的局部剖切圖，所述飛機(jī)翼箱包括根據(jù)本發(fā)明的修改桁條的第二示例，其中虛線(xiàn)表示引入各種層替代物以在該終端處提供顯著的剛度降低；以及圖13示出了飛機(jī)翼箱的局部剖切圖，所述飛機(jī)翼箱包括根據(jù)本發(fā)明的修改翼蓋，其中圍繞檢修孔蓋的虛線(xiàn)表示引入層替代物以在翼蓋的邊緣處提供有限的剛度降低。
具體實(shí)施例方式圖Ia和Ib示出了“T”截面復(fù)合桁條1，該桁條包括ー對(duì)“L”截面構(gòu)件2、3 ;基部疊層4 ；以及中央疊層5。圖Ib示出了沿著圖Ia中的線(xiàn)A-A的剖視圖，并且圖Ia示出了沿著圖Ib中的線(xiàn)B-B的剖視圖。桁條I借助結(jié)合線(xiàn)9以及常規(guī)類(lèi)型的緊固件10的陣列附接到層壓復(fù)合面板8。結(jié)合線(xiàn)9和緊固件10有助于將桁條終端處的負(fù)載傳遞到面板8中。桁條部件2、3、4和5中的每個(gè)均包括復(fù)合結(jié)構(gòu)層的層壓疊層，如將在下文更詳細(xì)地討論的。由于“L”截面部件2和3的有限彎曲半徑，因此在背靠背的“ L”截面2、3與中央疊層5之間的縫口中設(shè)置有條狀物11，如從圖Ib中最佳地所示。條狀物11包括纖維填充材料。雖然在圖Ia和Ib中示出的桁條I包括基部疊層4和中央疊層5，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，這些部件是任選的，并且“T”截面桁條能夠另選地形成為僅具有“L”截面的背靠背部件2、3 ;或者能夠省除中央疊層5和基部疊層4中的ー個(gè)。還應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然此處描述的具體實(shí)施方式
涉及“T”截面桁條，但是本發(fā)明的相同原理能夠類(lèi)似地應(yīng)用到其他桁條截面，例如“ I ”和“ L ”截面。通過(guò)將分離的疊層鋪設(shè)至用于背靠背“L”截面2、3、中央疊層5以及基部疊層4的所需規(guī)格來(lái)制造桁條I。圖2a示出了結(jié)構(gòu)層的試樣層壓疊層12。需要平面層壓疊層來(lái)形成基部疊層4和中央疊層5中的每個(gè)。需要另外的平面層壓疊層來(lái)形成“L”截面2和3中的每個(gè)。通過(guò)將層壓疊層12沿折線(xiàn)F折疊來(lái)形成該“L”截面，如圖2b和2c所示的。于是，四個(gè)相1條部件2、3、4和5如圖2d所示地被組裝并且被固化以形成如圖2e所示的祐1條I。 能夠使用自動(dòng)積層技術(shù)來(lái)構(gòu)造疊層12。例如，能夠使用自動(dòng)鋪帶機(jī)(ATL)或纖維鋪設(shè)機(jī)。然而，疊層12同樣能夠用手工鋪設(shè)。層疊層12在圖3中被更精楚地示出并且包括各種纖維取向的單向纖維層。在圖3中能夠看出用于疊層12中的每層的纖維取向。所示的取向包括O、+/-45和90度的層，但是這些取向僅是示例性的，并且實(shí)質(zhì)上能夠選擇任何合適取向。重要的是要注意，層“S”包括替代部。層S在圖4中被更詳細(xì)地示出并且包括具有零度取向的單向纖維的第一部分13。也就是說(shuō)，零度纖維與桁條縱向?qū)R。層S還包括位于桁條截?cái)嗖刻幍牡诙糠?4。實(shí)際上，零度層S的一部分已被替換為具有不同纖維特征的層部分14。在圖4中，替代層部分14包括與層S的其余部分具有不同取向的纖維。實(shí)際上，圖4中示出的第二部分14具有+/-45度的層取向。通過(guò)使得桁條終端處的零度層斷開(kāi)并且用具有不同纖維取向的第二層部分14來(lái)替代它，桁條的軸向剛度在桁條終端處降低。在該示例中，層部分14除了其取向外在其他所有方面都與層部分13具有相同的特征。例如，層13和14都能夠包括大致相同的單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，例如相同層壓厚度的中模量碳-環(huán)氧樹(shù)脂。在該示例中，選擇零度層在桁條終端處包括替代部，這是因?yàn)榱愣葘訉?duì)桁條的軸向剛度貢獻(xiàn)最大。通過(guò)形成這種替代，能夠降低桁條的在桁條終端處的軸向剛度，這是因?yàn)樗氲?/-45度層部分14沿桁條軸向方向不太剛硬。此外，與未修改的桁條相比，將替代部形成為+/-45度層在桁條終端處提供了改善的支承強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)剛度的附加益處。由于層部分14與層部分13具有相同厚度，因此貫穿層的疊層12不存在厚度變化或僅有極小的厚度變化。圖5示出了穿過(guò)結(jié)合到面板8上的桁條I的凸緣7的剖視圖。如能夠從圖5看到的，在固化桁條I和面板8之后，直立腹板6已被切斷，以在桁條終端處形成幾何腹板錐形。在圖6至8中示出了用于在圖5中標(biāo)記為“細(xì)節(jié)C”的區(qū)域的三個(gè)另選層替代鋪設(shè)結(jié)構(gòu)。該區(qū)域覆蓋桁條I的凸緣7的層疊層的上半部。疊層的下半部實(shí)質(zhì)上是疊層的上半部關(guān)于鏡像平面M的鏡像。首先轉(zhuǎn)到圖6，示出了這樣的實(shí)施方式，其中，替代層R在平面中與O度層(其已被部分替代)的其余部分設(shè)置成抵接關(guān)系。在如圖6所示的實(shí)施方式中，兩個(gè)O度層被部分地替代為抵接替代層R。在圖5的右上角示出了層圖例。如能夠從圖6看到的，桁條截?cái)嗖烤哂休S向剛度逐漸減小的區(qū)域Ι、Π和III。在區(qū)域I中，層布置與桁條的截?cái)嗖績(jī)?nèi)側(cè)的其余部分相同。在區(qū)域II中，其中ー個(gè)O度層被部分地替代為替代層R。在區(qū)域III中，其中兩個(gè)O度層被部分地替代為替代層R。替代層R沿桁條縱向的模量比已被替代的O度層部分的模量更低。由此，桁條軸向剛度朝向截?cái)嗖恐饾u降低。圖7示出了另選實(shí)施方式，在該另選實(shí)施方式中，其中兩個(gè)O度層已被部分地替代為以邊緣重疊的方式設(shè)置的替代層R。在區(qū)域I和II之間的邊界處，其中ー個(gè)O度層終止，并且替代層R的邊緣具有與剰余O度層部分重疊的小區(qū)域。類(lèi)似地在區(qū)域II和III之間的邊界處，其中另ー個(gè)O度層終止，并且替代層R的邊緣具有與剰余O度層部分重疊的小區(qū)域。這導(dǎo)致軸向剛度按照與圖6的實(shí)施方式類(lèi)似的方式逐漸降低。圖6和圖7之間的區(qū)別僅在于在圖7中，層替代物通過(guò)重疊替代層R而形成，且因此在區(qū)域I和II之間的邊界處以及在區(qū)域II和III之間的邊界處存在層疊層的總厚度的小的局部變化。雖然圖7所示的重疊層替代物與圖6所示的抵接替代物相比具有能夠在層壓件內(nèi)進(jìn)行更有效的負(fù)載傳遞這樣的優(yōu)勢(shì)，但是由該抵接方案所實(shí)現(xiàn)的均勻疊層厚度在簡(jiǎn)化加工方面具有優(yōu)勢(shì)。為了減輕對(duì)加工要求的影響，在圖7的實(shí)施方式中出現(xiàn)的層替代物的重疊距離能夠被控制成使局部厚度變化最小。多個(gè)層替代物通過(guò)層疊層交錯(cuò)不僅使得桁條的軸向剛度朝向截?cái)嗖恐饾u降低而且還有助于使局部厚度變化最小。在圖8中示出了圖5中的“細(xì)節(jié)C”的層疊層鋪設(shè)結(jié)構(gòu)的又一另選實(shí)施方式。如能 夠從圖8看出的，與如圖6所示的布置類(lèi)似，所述層替代物形成抵接布置，并且實(shí)質(zhì)上不存在局部厚度變化。然而，如圖8所示的層疊層鋪設(shè)結(jié)構(gòu)與圖6所示的層疊層鋪設(shè)結(jié)構(gòu)的不同之處在于其中兩個(gè)O度層終止于區(qū)域I和區(qū)域II之間的邊界處并且被替代為其厚度是替代層R所替代的單個(gè)O度層的厚度的大約兩倍的替代層R。雖然優(yōu)選的是疊層中的每層均具有大致相同的層厚，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，不太可能始終獲得具有相同層厚的不同復(fù)合物來(lái)源。此外，在一些情況下可能期望提供具有不同層厚的替代層R。在如圖8所示的實(shí)施方式中，替代層部分沿桁條縱向的模量小于其所替代的O度層部分的模量。由此，桁條終端的軸向剛度可能比桁條的在桁條終端內(nèi)側(cè)的其余部分的軸向剛度更低。當(dāng)然，可能以與圖7所示的重疊布置類(lèi)似的方式提供采用重疊布置的替代層R。雖然在圖8中替代物位于兩層之間并且替代層的厚度是其所替代的單獨(dú)層的厚度的大約兩倍，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，各種其他組合都是可以的。例如，可以在區(qū)域I中提供四個(gè)O. 125mm厚的層，并且可以在區(qū)域II中提供兩個(gè)O. 25mm厚的替代層。轉(zhuǎn)到圖4，從箭頭A觀察到替代層S的平面圖。該平面圖在圖9a)中被再現(xiàn)。如在圖9a)中最佳地所示，第一 O度層部分13相對(duì)于O度層的纖維取向以斜線(xiàn)終止。第二替代層部分14與第一層部分13的終止端以抵接關(guān)系設(shè)置。沿著傾斜線(xiàn)形成層替代物在層部分13和14之間提供了用于這些層部分之間的有效負(fù)載傳遞的逐漸過(guò)渡。然而，將理解的是，能夠提供其他布置，如在圖9b)和圖9c)中所示的。在圖9b)中，層部分13’和14’沿與O度層部分13’的纖維取向大致正交的線(xiàn)抵接。雖然在圖9b)中示出的布置從負(fù)載傳遞的角度來(lái)看不太有效，但是該布置在便于制造方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，尤其當(dāng)層疊層利用自動(dòng)積層技術(shù)來(lái)自動(dòng)鋪設(shè)時(shí)。在圖9c)中示出的布置提供在便于自動(dòng)制造與層部分13”和14”之間的逐漸負(fù)載傳遞之間的折衷。如圖9c)所示，沿臺(tái)階狀區(qū)域形成層替代。層部分13”和14”的筆直切割邊緣大致垂直于零度層部分13”的纖維取向。當(dāng)使用鋪帶機(jī)自動(dòng)進(jìn)行層鋪設(shè)時(shí)，在該過(guò)渡部中的臺(tái)階的數(shù)量可以等于層鋪設(shè)所需的帶寬度數(shù)量或者是該帶寬度數(shù)量的整數(shù)倍。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，當(dāng)應(yīng)用到桁條時(shí)，在桁條終端處其中ー個(gè)或更多個(gè)O度層(即，具有沿桁條縱向取向的纖維)替代。對(duì)于替代層存在各種可能性。例如，一些或全部O度或接近O度的層取向可能被替代為具有相同層厚但具有不同單軸纖維取向的相同材料的替代層。該方案的優(yōu)勢(shì)包括由于引入+/-·°層而改善支承強(qiáng)度，這可能免除局部鋪疊以改善備用系數(shù)許用值的需要，并且因此實(shí)現(xiàn)減重；在層疊層上不存在厚度變化、或存在極小的厚度變化，這提供較簡(jiǎn)單的加工需求；以及改善的扭轉(zhuǎn)剛度。另選地，ー些或全部的O度或接近O度的層取向可將層部分替代為具有更低模量纖維的層部分。層厚、纖維取向、纖維材料和樹(shù)脂基質(zhì)材料能夠與原始層的相同。然而，通過(guò)提供具有較低模量的纖維的替代層，桁條的軸向剛度能夠在桁條終端處降低。例如，O度層能夠由碳中模量(MS)形成，并且替代層部分能夠由具有降低的剛度的碳高抗拉強(qiáng)度(HIS)纖維形成。較低模量的替代層部分提供了下述優(yōu)勢(shì)不存在厚度變化或僅存在極小的厚度變化，從而導(dǎo)致較簡(jiǎn)單的加工需求；以及有限的熱效應(yīng)(在固化期間)，這是由于使用相同樹(shù)脂的類(lèi)似層屬性引起的。此外，較低模量的替代層能夠具有不同的取向。在替代層具有不同取向的情況下，進(jìn)ー步的優(yōu)勢(shì)能夠包括+/-· °層的改善的支承強(qiáng)度，這能夠免除局部鋪疊以改善備用系數(shù)許用值的需要；借助纖維模量和取向變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)剛度特性的更 多控制；以及借助使用+/-·°層來(lái)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的扭轉(zhuǎn)剛度。此外，由于替代層是來(lái)自不同的原材料，因此通過(guò)使用不同固化層厚而在需要時(shí)可以設(shè)計(jì)成在桁條終端處具有厚度變化。在又另ー實(shí)施方式中，替代層能夠包括不同材料的纖維。例如，雖然桁條基線(xiàn)(SP，終端的內(nèi)側(cè))可以包括碳纖維增強(qiáng)層，但是替代層部分能夠包括玻璃纖維。玻璃纖維還能夠具有不同的取向，即+/_· °。除了上述的益處外，在替代層部分中使用玻璃纖維能夠?qū)е赂纳频膿p傷容限、改善的雷擊性能、更容易的機(jī)加工以及在桁條終端處的顯著剛度降低。由于玻璃纖維與碳纖維相比存在顯著的剛度降低，因此在ー些應(yīng)用中可以免除對(duì)于另選纖維取向的需要，并且相反地使用編織玻璃纖維層部分而導(dǎo)致更簡(jiǎn)化的鋪設(shè)。能構(gòu)想到的是，在以其他方式自動(dòng)的或半自動(dòng)的碳層鋪設(shè)期間能夠用手進(jìn)行玻璃纖維層部分(尤其當(dāng)它們是編織的玻璃纖維層部分吋)的鋪設(shè)。在又一另選實(shí)施方式中，替代層部分能夠包括芳族聚酸胺纖維。用于芳族聚酸胺纖維層的替代碳層具有與如上所述的用于玻璃纖維層的替代物相關(guān)聯(lián)的類(lèi)似優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)將參照?qǐng)D10至圖12詳細(xì)地說(shuō)明修改桁條終端處的層鋪設(shè)的效果。圖10示出了現(xiàn)有技術(shù)飛機(jī)翼箱組件100，所述飛機(jī)翼箱組件包括前翼梁101、肋102、下翼蓋面板(蒙皮)103以及增強(qiáng)加強(qiáng)件(桁條)104a和104b。桁條104a示出為具有虛線(xiàn)示出的部分。這表示用于翼彎曲負(fù)載的優(yōu)化的桁條截?cái)嗷蚪K止位置。然而。將桁條104a終止直至超過(guò)肋102而進(jìn)入到翼蓋隔隔間103a中的程度會(huì)導(dǎo)致在桁條終端與翼蓋面板103a之間不可接受的高負(fù)載傳遞。這主要是由于翼蓋103a的剛度和復(fù)合桁條在其終端位置處的剛度之間的明顯不匹配造成的。如前所述，僅僅復(fù)合桁條的幾何錐形可能不足以實(shí)現(xiàn)桁條終端和翼蓋之間的期望剛度匹配。結(jié)果，先前已有必要在實(shí)線(xiàn)所示的位置處、在肋102處或正好超出肋102就終止桁條104a。結(jié)果，翼蓋103a不足以被桁條104a支承，并且因此與翼蓋103的其余部分相比，該翼蓋103a必須如圖10中的剖面線(xiàn)所示被加厚。該次級(jí)優(yōu)化方案導(dǎo)致顯著的重量負(fù)擔(dān)?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖11，示出了包括前翼梁201、肋202、翼蓋(蒙皮)203和桁條204的飛機(jī)翼箱200的一部分，所述桁條是根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)件。如能夠從圖11看出的，桁條終端正好超過(guò)外側(cè)肋202的位置，并且虛線(xiàn)T表示區(qū)域I處的基線(xiàn)桁條與具有不同特征的替代層的終端區(qū)域II處的修改桁條之間的過(guò)渡。通過(guò)在區(qū)域II將至少ー些層修改為中具有不同的特征，可以降低桁條在截?cái)嗖炕蚪K端處的軸向剛度，以便更好地匹配翼蓋203的剛度。翼蓋203現(xiàn)在由桁條204充分地支承，且因此不需要翼蓋的進(jìn)一步加強(qiáng)(即，不需要蒙皮厚度構(gòu)建)。在一些情況下，可能有必要或期望穿過(guò)多個(gè)肋隔間朝向終端逐漸降低桁條的軸向剛度。圖12示出了具有前翼梁301、肋302、下部翼蓋(蒙皮)303和桁條305的飛機(jī)翼箱300的又ー實(shí)施方式，所述桁條是根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)件。虛線(xiàn)T1. Tii和T111表示軸向剛度逐漸降低的各個(gè)桁條區(qū)域I、II、III和IV之間的過(guò)渡。桁條中軸向剛度降低的區(qū)域的數(shù)量取決于局部負(fù)載，并且通常，如果基線(xiàn)桁條被更大地加載，那么可能需要更大數(shù)量的軸向剛度減小的區(qū)域。雖然在上述實(shí)施方式中本發(fā)明已被描述為應(yīng)用到飛機(jī)桁條，但是本發(fā)明能夠更寬泛地應(yīng)用到航空航天和非航空航天應(yīng)用的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件。圖13示出了包括前翼梁401、肋402和下部翼蓋(蒙皮)403的飛機(jī)翼箱400的一部分。在該翼蓋403中形成檢修孔檢查艙 ロ，該檢修孔檢查艙ロ包括面板404。翼蓋403由層壓復(fù)合層的疊層形成。翼蓋403圍繞檢修孔面板404的邊緣尤其易受到?jīng)_擊損壞。翼蓋403的大部分期望地具有優(yōu)化高剛度，以便以最少的加強(qiáng)構(gòu)件(例如，桁條)來(lái)實(shí)現(xiàn)重量?jī)?yōu)化的方案。然而，翼蓋403的高剛度導(dǎo)致在其圍繞檢修孔面板404的邊緣處的相對(duì)低的損傷容限。在飛機(jī)領(lǐng)域中采用的當(dāng)前方案是在翼蓋403的圍繞檢修孔面板404的邊緣處提供結(jié)構(gòu)構(gòu)建。這導(dǎo)致不期望的重量負(fù)擔(dān)。根據(jù)本發(fā)明，翼蓋403具有替代區(qū)域403a，該替代區(qū)域在圖13中被示出在虛線(xiàn)內(nèi)。在區(qū)域403a中，構(gòu)成用于翼蓋403的基線(xiàn)疊層的其中ー個(gè)或更多個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)層被替代為與翼蓋403的其余部分具有不同特征的層部分。期望地，替代層部分具有較高的強(qiáng)度和降低的剛度，這改善了面板在邊緣區(qū)域403a處的損傷容限。由此，可以滿(mǎn)足在用于檢修孔面板404的切ロ部周?chē)膿p傷容限需求，從而降低對(duì)于構(gòu)建翼蓋403在該區(qū)域中的厚度的需要。這導(dǎo)致顯著的減重。雖然在上文已經(jīng)參照ー個(gè)或多個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是將理解的是，在不偏離由所附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的范圍的情況下，能夠做出各種變化或修改。
權(quán)利要求
1.一種制造復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法，所述方法包括鋪設(shè)纖維增強(qiáng)層壓層的疊層的步驟，其中，這些層中的至少一層被鋪設(shè)成分離的第一層部分和第二層部分，并且第二部分的纖維與第一部分的纖維具有不同的特征，并且其中所述第二部分延伸達(dá)至所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的邊緣，并且所述第一部分被設(shè)置在所述邊緣的內(nèi)側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述纖維特征選自包括如下的組模量、取向和材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，所述第一部分和所述第二部分的相鄰邊緣抵接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，所述第一部分和所述第二部分的相鄰邊緣重 疊。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，至少部分地使用自動(dòng)積層技術(shù)來(lái)鋪設(shè)這些層。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一部分和所述第二部分均包括單向纖維。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一部分和所述第二部分具有類(lèi)似的厚度。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述疊層中鋪設(shè)下一層之前順序地鋪設(shè)所述第一部分和所述第二部分。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述疊層中的多個(gè)層均被鋪設(shè)成分離的第一層部分和第二層部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第一層部分和所述第二層部分之間的過(guò)渡部沿所述疊層的全厚度方向交錯(cuò)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，成品的所述疊層的厚度整體上大致均勻。
12.—種根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法制造的復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
13.一種桁條，所述桁條包括根據(jù)權(quán)利要求12所述的一個(gè)或更多個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的桁條，其中，所述第一層部分的纖維大致沿桁條縱向取向。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的桁條，其中，所述第二層部分設(shè)置在桁條終端處。
全文摘要
制造復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)件(1)的方法包括鋪設(shè)纖維增強(qiáng)層壓層(12)的疊層的步驟，其中，這些層中的至少一層作為分離的第一層部分(13)和第二層部分(14)被鋪設(shè)，并且所述第二部分(14)的纖維與所述第一部分(13)的纖維具有不同的特征。同樣，還公開(kāi)了根據(jù)該方法制造的復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)件(1)。
文檔編號(hào)B29C70/22GK102834245SQ201180016413
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者M·埃里埃里, D·布萊恩, 恩佐·科森蒂諾, 詹姆斯·勞埃德, F·阿爾梅達(dá), C·D·伯利 申請(qǐng)人:空中客車(chē)操作有限公司