[發(fā)明專利]承載復(fù)合結(jié)構(gòu)的包覆模制

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380024422.6
• 申請(qǐng)日: 2013-05-03
• 公開（公告）號(hào): CN104302467B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: B·布爾西耶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 赫克賽爾公司
• 主分類號(hào): B29C70/54
• 分類號(hào): B29C70/54;B29C70/68;B29C70/74;B29C70/84;B29C65/70;B29C65/00
• 代理公司: 北京市嘉元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)11484
• 代理人: 陳靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及用在承載應(yīng)用場(chǎng)合中的復(fù)合結(jié)構(gòu)。更具體地說，本發(fā)明的目標(biāo)是增強(qiáng)承載復(fù)合結(jié)構(gòu)的被連接到也參與承載載荷的本體或子結(jié)構(gòu)的那部分。

背景技術(shù)

復(fù)合材料一般包括作為兩個(gè)基本組成部分的纖維和樹脂基體。復(fù)合材料一般具有相當(dāng)高的強(qiáng)度重量比。結(jié)果，復(fù)合材料不斷地用在苛刻環(huán)境中，諸如用在航空航天領(lǐng)域中，在這個(gè)領(lǐng)域中，復(fù)合部件的高強(qiáng)度和較輕的重量是特別重要的。

在很多承載復(fù)合結(jié)構(gòu)或元件中使用的纖維是單向的而且是連續(xù)的。當(dāng)承載結(jié)構(gòu)相對(duì)于該結(jié)構(gòu)的寬度和厚度來說較長時(shí)，這種單向纖維是特別有用的。翼?xiàng)U、支柱、連桿、框架、間斷件、梁、表皮、面板、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和扇葉是各種飛機(jī)結(jié)構(gòu)的例子，這些結(jié)構(gòu)可能較長，并被設(shè)計(jì)用來承載非常大的負(fù)載。

主要的設(shè)計(jì)考慮涉及決定如何將承載結(jié)構(gòu)或元件附接到飛機(jī)主體或其他支撐結(jié)構(gòu)上。總的來說，承載結(jié)構(gòu)在沿著其上一個(gè)或多個(gè)位置處用螺栓連接或者其他方式牢固地附接到飛機(jī)本體。結(jié)構(gòu)結(jié)合部所需的精密配合經(jīng)常要求對(duì)鄰接部件的接觸表面進(jìn)行機(jī)械加工。這對(duì)于用單向復(fù)合材料制造的承載結(jié)構(gòu)來說存在問題，因?yàn)檫@種材料難以在不產(chǎn)生層間(兩個(gè)單向?qū)?裂紋的情況下進(jìn)行機(jī)械加工，層間裂紋會(huì)導(dǎo)致疲勞斷裂。另一個(gè)問題是，為了在結(jié)構(gòu)上有效，承載結(jié)構(gòu)經(jīng)常需要與基于由承載結(jié)構(gòu)承載的主要的整體負(fù)載沿著一個(gè)方向取向的大多數(shù)纖維是正交各向異性的。然而，通過多方向的纖維取向(諸如準(zhǔn)各向同性層壓件)能夠更好地處理由螺栓結(jié)合所產(chǎn)生的承載應(yīng)力。用多方向?qū)觼砭植吭鰪?qiáng)承載結(jié)構(gòu)以處理承載應(yīng)力是設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，而且耗費(fèi)時(shí)間、費(fèi)用高，曾在制造中用過。

解決由于機(jī)械加工而變?nèi)醯某休d結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的問題的一種方法是，在連接位置處向整個(gè)結(jié)構(gòu)添加更多的單向纖維的多方向?qū)印Ｈ欢瑸榱颂岣呔植砍休d強(qiáng)度而必須添加的單向纖維材料的數(shù)量會(huì)顯著增加承載結(jié)構(gòu)的重量和大小。

諸如金屬支架和套筒等其他增強(qiáng)系統(tǒng)業(yè)已用來增加承載結(jié)構(gòu)在機(jī)械加工過的連接或附接點(diǎn)處的強(qiáng)度。然而，這些類型的增強(qiáng)趨于龐大、沉重而且昂貴。此外，使用金屬支架和套筒會(huì)在連接部位處生成局部應(yīng)力點(diǎn)，這些局部應(yīng)力點(diǎn)會(huì)對(duì)結(jié)合部的長期強(qiáng)度有不利影響。

雖然現(xiàn)在正用于加強(qiáng)單向纖維承載元件和飛機(jī)支撐結(jié)構(gòu)之間的連接點(diǎn)的增強(qiáng)系統(tǒng)是夠用的，但是，仍不斷需要開發(fā)改進(jìn)的連接增強(qiáng)裝置，這些連接增強(qiáng)裝置盡可能地輕、小，同時(shí)仍在連接部位處提供足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明，發(fā)現(xiàn)了增強(qiáng)單向纖維承載結(jié)構(gòu)上的連接部位的一種特別有效的方式，其是用包括不連續(xù)纖維和樹脂基體的結(jié)構(gòu)模制材料包覆模制連接部位。發(fā)現(xiàn)了所得到的由單向纖維元件和包覆模制的連接元件構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)在承載結(jié)構(gòu)和飛機(jī)本體之間提供了強(qiáng)度極大的連接。連接元件通過壓縮模制法模制，因此，其所有表面都受到用于此工藝的閉合模具控制，這對(duì)于確保與鄰接結(jié)構(gòu)的緊密連接是非常希望的。另外，包覆模制的連接元件可以進(jìn)行機(jī)械加工，以提供各種連接取向以及甚至更緊密的公差，而不會(huì)犧牲連接元件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，這是因?yàn)椋煌趩蜗蚶w維復(fù)合物，不連續(xù)的纖維模制材料不容易由于機(jī)械加工而分層。

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于連接到支撐本體或結(jié)構(gòu)的復(fù)合結(jié)構(gòu)。所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包括由連續(xù)的增強(qiáng)纖維和樹脂基體組成的承載元件。所述承載元件具有用來連接到所述支撐本體的附接部分。所述復(fù)合結(jié)構(gòu)還包括由不連續(xù)纖維和樹脂基體構(gòu)成的連接元件。模制材料包覆所述承載元件的附接部分的表面模制。

作為本發(fā)明的一個(gè)特征，所述承載元件的附接部分的表面積包括孔或缺口，該孔或缺口有效地增加了連接元件模制包覆的表面積。發(fā)現(xiàn)了在模制過程中模制材料的不連續(xù)纖維和樹脂基體流進(jìn)孔或缺口中，提供了承載元件和連接元件之間特別有效的互鎖。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步特征，連接元件可進(jìn)行機(jī)械加工以包括孔和其他安裝表面，而不會(huì)明顯減小連接元件的強(qiáng)度，因此不會(huì)干擾承載元件。機(jī)械加工連接元件的能力是由于不連續(xù)纖維的隨機(jī)取向，這與在承載元件中使用的連續(xù)纖維是相反的。

本發(fā)明還涵蓋了用于制造包覆模制復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法以及用于將復(fù)合結(jié)構(gòu)連接到諸如飛機(jī)本體或其他航空航天支撐本體的方法。另外，本發(fā)明涵蓋了組裝后的復(fù)合結(jié)構(gòu)和支撐本體。具體地說，包括其中附接的復(fù)合結(jié)構(gòu)的飛機(jī)和其他航空航天飛行器被本發(fā)明所涵蓋。

本發(fā)明的上面所描述的和許多其他的特征以及伴隨的優(yōu)點(diǎn)，通過結(jié)合附圖參見下文詳細(xì)描述而得以更好的理解。

附圖說明

圖1描繪的是用于連接到支撐本體或結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的示例性性復(fù)合結(jié)構(gòu)。