[發明專利]具有有限長度的帶的復合材料結構及其制造和使用方法

有效

• 申請號: 202080043066.2
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN113950410B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 斯蒂芬·W·蔡
• 申請（專利權）人: 小利蘭·斯坦福大學托管委員會
• 主分類號: B32B33/00
• 分類號: B32B33/00;B32B3/12;B32B7/03;B32B3/10;B32B3/14;B32B5/26
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 王麗

描述了復合材料格柵結構，其包括若干鋪層。所述若干鋪層中的每一鋪層包括沿第一方向取向的若干第一細長帶和沿第二方向取向的若干第二細長帶，所述第二方向從所述第一方向偏離至少25度的角度。在該格柵結構中，所述第一細長帶中的每一者具有在所述第一細長帶中的每一者的相對端之間延伸的第一長度以及在所述相對端中間的第一中點；所述第二細長帶中的每一者具有在所述第二細長帶中的每一者的相對端之間延伸的第二長度以及在所述相對端中間的第二中點。還公開了相關的復合材料層合板結構、網格結構及其制造和/或使用方法。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2019年6月13日提交的序列號為62/861,060的美國臨時專利申請的優先權和權益，其內容通過引用整體并入本文。

背景

技術領域

本發明的各種實施例總體上涉及復合材料層合板結構，特別是由具有有限預定或設計長度的交錯不連續的帶部分形成的格柵、芯和/或蒙皮結構的組合，以及制造方法，生產和使用這樣的結構。

相關技術的描述

為了提高接受度，傳統的復合材料層合板結構通常被設計為模仿傳統的基于金屬的層合材料的強度特性，因此被限制為具有對稱和平衡的鋪層的設計。這種傳統結構，當受到如此限制并包含由黑色碳纖維形成的至少三鋪層時，由于它們組合的碳構成和金屬模擬特性，在本領域中通常被稱為“黑色鋁”。參考美國公開號2006/0093802可以理解有關常規復合材料層合板結構的額外細節，其內容通過引用整體并入本文。

這些傳統的復合材料層合板結構經常使用(通常稱為)“傳統四層層合板”，其涉及由[0]、[±45]和[90]鋪層的集合制成的層合板(參見例如傳統四層領域1，如圖1A-1B所示)。當每一層被堆疊時，所得結構是準各向同性的，因為它與鋁的各向同性特性相匹配，這也是將這種復合材料層合板稱為黑色鋁的原因之一。傳統的四層層合板本質上總是離散的，這意味著可以選擇(四個離散層的多層的，如上所列)有限數量的鋪層角度和/或鋪層角度組合。為了獲得所需的方向特性，必須添加比由四層制成的準各向同性更多的層，從而產生子層合板(如本文別處詳述)的6、8、10或更多鋪層。當層合板采用中平面對稱的方式制造時，所得的總層合板的厚度將增加一倍，分別為12、16和20鋪層。如果需要更厚的層合板，則必須考慮12、16和20的倍數。

在極端情況下，基于不使用子層合板的總層合板來選擇層合板。在這種情況下，可以根據0°、±45°和90°鋪層在鋪層分布的整個厚度上的百分比來選擇總層合板。在這種情況下，只有中平面對稱和鋪層分三組的限制(即，有四鋪層，但它們分為三組，即0°、±45°和90°)是明確的要求。例如，如果子層合板具有10層，其中5層為0°，則0°鋪層可以分成至少兩組，即一組三鋪層和一組兩鋪層。可以提供三個或更多組，例如三個1鋪層和一個2鋪層，但是，分組成四鋪層和一鋪層的情況(或五鋪層全部為一組的情況)對于遵守傳統常規四層層合板系列所需的限制性堆疊順序是不可行的。

以上是傳統四層系列層合板的獨特問題。首先，子層合板很厚，其次，需要中平面對稱，最后，隨著厚的子層合板的加入，層合板的厚度會發生巨大變化。可以通過添加一些選定的鋪層而不是重復子層合板的部分來減輕巨大的跳躍。但是，這種任意添加的厚度小于6、8或10鋪層的鋪層與子層合板的特性不同，并且實際上不可能進行優化。最小軌距也存在問題。許多部件和設備需要小于12、16和20鋪層的層合板厚度。因此，在這些環境中使用傳統的四鋪層復合材料是不可行的，例如在機身或機翼蒙皮領域。這種性質的子層合板也容易分層，并且由于數以千計的纖維不連續性、基體開裂和鋪層分層導致多種失效模式。復雜的結構需要復雜的程序來混合具有不同堆疊和厚度的相鄰層合板并減少或添加鋪層，這阻礙優化和制造。