復合疊層結(jié)構(gòu)及其制造和使用方法
【專利摘要】在此提供各種結(jié)構(gòu)的子疊層模塊，其包括至少第一層板和第二層板，該第一層板包括在第一方向上伸展的纖維，該第二層板包括在第二方向上伸展的纖維。該第二方向相對于第一方向偏離，其中這兩個方向之間形成一個銳角。該銳角小于90°，并且在至少一個實施例中，該銳角大約為25°。在特定實施例中，該銳角確定了子疊層模塊的不平衡結(jié)構(gòu)。在特定實施例中，該第一和第二層板可以進一步相對固定，以形成無翹曲結(jié)構(gòu)。還提供由各種實施例的子疊層模塊形成的復合疊層結(jié)構(gòu)，至少一種復合疊層結(jié)構(gòu)是對稱的。還提供用于制造子疊層模塊和復合疊層結(jié)構(gòu)的各種方法。
【專利說明】復合疊層結(jié)構(gòu)及其制造和使用方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復合疊層結(jié)構(gòu)，特別地這些結(jié)構(gòu)包含成角度的板方向以得到所需要的改進的物理性能，以及制造和使用這些結(jié)構(gòu)的方法，
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的復合疊層結(jié)構(gòu)通常是被設計用來模擬傳統(tǒng)金屬疊層材料的強度特征，這些限制使得些這結(jié)構(gòu)形成的設計具有對稱和平衡的板層。這些傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在被限制或者包含至少三層由黑碳纖維形成板層時，在本領域中通常被稱為“黑鋁”，這是由于他們包含碳組分和仿金屬特征。
[0003]對稱疊層包括一個沿其中心平面板層方向的對折或鏡像的等價物，同時平衡的疊層包括數(shù)目相等的正(+)和負(_)方向的板層穿過他們的整體。這些限制能夠傳統(tǒng)的保留下來且未受爭議的原因在于傳統(tǒng)復合疊層結(jié)構(gòu)將會在從凝固溫度冷卻下來時發(fā)生不希望的卷曲或者在操作溫度改變時增大剩余應力。
[0004]對稱疊層傳統(tǒng)上由將多個具有不同方向的帶層堆疊形成，并且通過將復合疊層沿著該結(jié)構(gòu)的中平面排列成它本身的鏡像的方式形成織物纖維板。由于容易產(chǎn)生錯誤，這種疊層工藝通常需要更多的時間和勞動，需要精確地對各個復合疊層進行排序，并且可能會產(chǎn)生不需要的板層數(shù)目，從而產(chǎn)生過多的工藝浪費和損失。進一步的，在錐化疊層外表面的過程中，對稱疊層已經(jīng)過去被證明是笨重的，由于即使在去除板層以形成錐體時至少一部分希望貫徹維持對稱性。此外，由于基本上具有相同方向的獨立或成對的對稱板層在形成椎體的時候被去除，疊層的堆疊順序和材料的強度特性也因此被改變。
[0005]平衡疊層，像上述對稱疊層一樣，傳統(tǒng)上通過堆疊多個具有不同方向的板形成，這些板在多個精確方向上具有相對較大的夾角。例如，每個偏移軸板，如+45°板典型地與-45°板鏡像匹配。此外，一個公知常識是，四板方向由-45°、0°、45°和90°合并而成。可選的，三板方向同樣公認為0°、±45°。關(guān)鍵在于,正(+)角度板和負(_)角度板的數(shù)目保持相等。
[0006]在試圖將疊層厚度最小化時，通常唯一辦法是采用更薄的板，很難形成這種平衡和對稱疊層。假設需要減去特定板數(shù)或組數(shù)而不能破壞所需要的平衡性和對稱性，在這些結(jié)構(gòu)中同樣存在錐化的復雜性。進一步的，平衡疊層是正交的，其中在由彎曲和扭轉(zhuǎn)時引起撓曲和旋轉(zhuǎn)是不耦合的。這種結(jié)構(gòu)反應類似于各向同性材料，如金屬。
[0007]盡管不是本領域內(nèi)所公認的，耦合的彎曲和旋轉(zhuǎn)時可以提供所需要的形變特征，特別地，允許設計師可靠地預測由扭轉(zhuǎn)引起的彎曲并使二者彼此相互作用，使得出現(xiàn)撓曲和/或旋轉(zhuǎn)的減小程度不可能存在于正交并且各向同性材料之間。這不僅對于細長結(jié)構(gòu)而言是有益的，例如，風渦輪刀片、直升機螺旋槳、飛機機翼和機尾等等，其中通過使用這種不平衡疊層的彎曲扭轉(zhuǎn)耦合，可以使得在一個方向上減小尖端撓曲，對于許多其他應用而言也是有益的。
[0008]傳統(tǒng)的復合疊層結(jié)構(gòu)以往顯示靜態(tài)和疲勞特征，這些特征允許該結(jié)構(gòu)在最終損壞之前形成和存在一定的微裂紋程度。這是因為，至少一部分，第一層板損壞(FPF)和最后一層板損壞(LPF)之間應力差異，是本領域所公知的，也是下文中將詳細描述的。在許多應用中，這些微裂紋是允許存在的，使至少在這一方面，傳統(tǒng)復合疊層結(jié)構(gòu)可適用。然而對于特定的應用，不允許微裂紋的存在，需要選擇性地設計結(jié)構(gòu)，使得FPF和FPL之間的應力差異最小化。當然，由于至少前面所述的對稱性和平衡性的限制，傳統(tǒng)的復合疊層結(jié)構(gòu)具有四個或更多鋪層角度，這些通常不適用于那些特定應用。
[0009]因此，需要提供疊層結(jié)構(gòu)及其制造和使用的方法，該結(jié)構(gòu)能使上述平衡性和對稱性疊層結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的缺陷和限制最小化，能使微裂紋最小化，并且擴展第一層板的破壞包絡線，所有這些特性不以犧牲物理特性為代價。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]簡而言之，本發(fā)明的不同實施例示出了上述需要，并通過提供包含新型成角度板方向的疊層結(jié)構(gòu)得到其他優(yōu)點，獲得所需的強化物理特性和促進制造工藝。
[0011]根據(jù)所述不同實施例的目的，提供了一種用于形成復合疊層的子疊層模塊。該子疊層模塊包括:第一層板，其包括在第一方向上延伸的纖維；第二層板，其包括在第二方向上延伸的纖維，該第二方向相對于第一方向偏移；在該第一方向和第二方向之間的相對偏移形成一個銳角，該銳角小于90°，并且確定該子疊層模塊的不平衡結(jié)構(gòu)，其中第一層板和第二層板相對固定為以無翹曲結(jié)構(gòu)。
[0012]根據(jù)所述不同實施例的目的，還提供了另一種用于形成復合疊層的子疊層模塊。該子疊層模塊包括:第一層板，其包括在第一方向上延伸的纖維，該第一層板的纖維包括相鄰并列的多條伸展的粗纖維；第二層板，其包括在第二方向上延伸的纖維，該第二層板的纖維包括相鄰并列的多條伸展的粗纖維；以及在該第一方向和第二方向之間的相對偏移形成一個銳角，該銳角小于90°，并且確定該子疊層模塊的不平衡結(jié)構(gòu)。
[0013]根據(jù)所述不同實施例的目的，提供了一種復合疊層結(jié)構(gòu)。該縫合疊層結(jié)構(gòu)包括多個子疊層模塊。每個子疊層模塊包括:第一層板，其包括在第一方向上延伸的纖維；第二層板，其包括在第二方向上延伸的纖維，該第二方向相對于第一方向偏移；在該第一方向和第二方向之間的相對偏移形成一個銳角，該銳角小于90°，并且確定該子疊層模塊的不平衡結(jié)構(gòu)，其中第一層板和第二層板相對固定為以無翹曲結(jié)構(gòu)。
[0014]根據(jù)所述不同實施例的目的，提供了一種復合疊層結(jié)構(gòu)。該縫合疊層結(jié)構(gòu)包括多個子疊層模塊。每個子疊層模塊包括:第一層板，其包括在第一方向上延伸的纖維，該第一層板的纖維包括相鄰并列的多條伸展的粗纖維；第二層板，其包括在第二方向上延伸的纖維，該第二層板的纖維包括相鄰并列的多條伸展的粗纖維；在該第一方向和第二方向之間的相對偏移形成一個銳角，該銳角小于90°，并且確定該子疊層模塊的不平衡結(jié)構(gòu)。
[0015]根據(jù)所述不同實施例的目的，提供了一種制造用于形成復合疊層的子疊層模塊的方法，該方法包括如下步驟:將第一層板放置于第一方向；將第二層板放置于第二方向，該第二方向相對于該第一方向偏離形成小于90°的銳角；將第二層板與第一層板重疊以形成不平衡結(jié)構(gòu)；以及將第一層板與第二層板相互壓合成為基本上無翹曲的結(jié)構(gòu)。
[0016]根據(jù)所述不同實施例的目的，還提供了另一種制造用于形成復合疊層的子疊層模塊的方法，該方法包括如下步驟:伸展包含多條纖維的第一粗纖維，以形成第一層板層；伸展包含多條纖維的第二粗纖維，以形成第二層板層；將該第一粗纖維的多條纖維放置于第一方向上；將該第二粗纖維的多條纖維放置于第二方向上，該第一和第二方向形成一個銳角，該銳角小于90°，并且形成該子疊層層面的不平衡結(jié)構(gòu)；將第二層板層與第一層板層相鄰重疊；以及將第一層板層和第二層板層壓合成為無翹曲的結(jié)構(gòu)。
[0017]根據(jù)所述不同實施例的目的，提供了一種制造用于形成復合疊層的子疊層模塊的方法，該方法包括如下步驟:形成多個子疊層模塊，每個模塊包括:第一層板層，其包括在第一方向上伸展的纖維；第二層板層，其包括在第二方向上伸展的纖維；以及在第一方向和第二方向之間相對偏離形成一個銳角，該銳角小于90°，以及確定該子疊層模塊的不平衡結(jié)構(gòu)；將多個子疊層模塊相鄰重疊；將多個子疊層層面相互固定，以形成基本上無翹曲結(jié)構(gòu)；以及依次疊加相對固定的多個子疊層層面，以形成復合疊層結(jié)構(gòu)。
[0018]根據(jù)所述不同實施例的目的，還提供了另一種用于形成復合疊層結(jié)構(gòu)的子疊層模塊，該子疊層模塊包括:第一層板，其包括在第一方向上伸展的纖維；第二層板，其包括在第二方向上伸展的纖維，該第二方向相對于第一方向偏離；以及在第一方向和第二方向之間相對偏離形成一個銳角，該銳角小于30°，其中該第一層板和第二層板相對固定形成無翹曲結(jié)構(gòu)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]現(xiàn)在將參考附圖，概括性地描述本發(fā)明的實施例，所述附圖并不一定按比例繪制，其中:
[0020]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的一種對稱疊層結(jié)構(gòu)；
[0021]圖2示出了不同實施例中的一種不對稱、不平衡的疊層結(jié)構(gòu)10 ；
[0022]圖3示通過至少兩個子疊層模塊15，示出了一種圖2中的疊層結(jié)構(gòu)的典型構(gòu)造；
[0023]圖4示出了可通過配置類似圖2中的疊層結(jié)構(gòu)而獲得的一種均一化程度，；
[0024]圖5是一個曲線圖，示出了圖1中的疊層I和圖2的疊層結(jié)構(gòu)10之間翹曲的降低程度;
[0025]圖6A示出了各種實施例中遇到彎曲和扭轉(zhuǎn)力時的不平衡層疊；
[0026]圖6B示出了相對于圖1中不對稱疊層結(jié)構(gòu)的至少一個板的不平衡角度的各種彎曲扭轉(zhuǎn)耦合值的曲線圖；
[0027]圖7是一個曲線圖，示例性的示出了與不同應用率相結(jié)合的扭轉(zhuǎn)和彎曲運動下使偏離值最甚至為O的懸臂式不平衡板；
[0028]圖8是分別示出了現(xiàn)有技術(shù)中對稱疊層結(jié)構(gòu)中的微裂紋區(qū)，以及根據(jù)本發(fā)明實施例中圖2中的不對稱、不平衡疊層結(jié)構(gòu)10中的示例的無微裂區(qū)
[0029]圖9示出了根據(jù)各種實施例中不對稱子層疊結(jié)構(gòu)的無翹曲織物層的縫合過程；以及
[0030]圖10示出了制造圖1中不對稱疊層結(jié)構(gòu)的改進型機器。
【具體實施方式】
[0031]現(xiàn)將參照附圖，在下文中更充分地描述本發(fā)明的各個實施例，其中示出了本發(fā)明中實施例的一部分而非全部。實際上，本發(fā)明的實施例可以以許多不同的形式來體現(xiàn)，并且不限于此處所述的實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將滿足適用的法律要求。除非另有指明，術(shù)語“或”在本文中，表示選擇和連接關(guān)系。相同的數(shù)字指代相似的元件。
[0032]
[0033]在一般情況下，本發(fā)明的不同實施例中包含與一個或多個控制疊層結(jié)構(gòu)及其制作方法的各種公認的約束條件。我們將會看到，即使在最優(yōu)條件下，這些約束條件經(jīng)常在復合材料的完整性和優(yōu)點之間做出妥協(xié)，同時也使疊層強度的預測極為困難。典型的約束條件包括但不限于:對稱性、平衡性、板數(shù)，簾板間相對最大角度和規(guī)定的百分之十(10% )，這些將在下面進一步描述。
[0034]一般來說，“對稱性”要求疊層結(jié)構(gòu)的層狀組分在沿著疊層結(jié)構(gòu)的平面中軸翻轉(zhuǎn)或?qū)φ蹠r完全相同。以這種方式，對稱的疊層結(jié)構(gòu)相對于其平面中軸呈現(xiàn)出其自身的反射或鏡像。“平衡性”，至少在切線方向滿足對稱性時，進一步要求在疊層結(jié)構(gòu)中，對于任意數(shù)目的分立的板層方向，其正(+)方向板層和負(_)方向板層必須成對出現(xiàn)。換句話說，為了保持平衡性，正方向板層數(shù)目和負方向板層數(shù)目必須相等。
[0035]另外，當滿足現(xiàn)有技術(shù)需要時，疊層結(jié)構(gòu)中平衡性的要求只適用于一個獨特的預先定義的參考軸，不能用于任何其他軸(例如，它是不固定的)。對于特定的應用，平衡的層疊結(jié)構(gòu)仍然具有優(yōu)勢，如那些將經(jīng)歷完全可逆的負載(例如飛機的機身，因為，比如說，飛機必須能夠同樣地進行左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn))，在至少兩個相反的方向上希望具有對稱的撓曲和/或旋度。事實上，由于平衡性是完全可逆扭轉(zhuǎn)元件和切割負載的固有要求，板層方向是可調(diào)節(jié)的，因而可通過一定的方式被選擇以滿足這方面特別的設計標準。然而，在其他各種應用中，可能只希望在某個特定方向上的撓曲和/或旋度最小化且不消除其他潛在的優(yōu)良特征(例如，升降機等)。在這種可替代應用中，不平衡的疊層結(jié)構(gòu)可以是優(yōu)選的。
[0036]“板層數(shù)目”這一約束條件產(chǎn)生了上述對稱性和平衡性的問題，二者同時滿足需要用到比其他方面更多的板層數(shù)目。試考慮，例如，在構(gòu)建一個復合疊層結(jié)構(gòu)時用到了四個板層方向，那么至少需要4個板層以保持平衡性，同時至少需要8個板層才能得到對稱性。在板層數(shù)目限制的同時，傳統(tǒng)的疊層結(jié)構(gòu)進一步被一種10%規(guī)則所限制。由于在本領域中公認的，這一規(guī)則要求每個板層方向必須構(gòu)成總疊層結(jié)構(gòu)的至少百分之十。在一個非限制性的例子中，一個被限制的[0° /±45° /90° ]層疊結(jié)構(gòu)包括20個板，其中的16個板位于±45°上。這對于這樣的層疊結(jié)構(gòu)，為了滿足10%的規(guī)定，其余四個板中的兩個必須被準確的定向在O度，余下的兩個板被定向在90°。因此，這種疊層有10%在0°，80%在±45°，10%在90°?？梢钥闯?，10%的規(guī)定顯著地影響著疊層結(jié)構(gòu)的最小厚度和規(guī)格，以及與要滿足平衡性和對稱性所需要的最小板層數(shù)目。這種最小規(guī)格不僅由預期負載要求決定，但也要考慮操作、有小強度或其他非結(jié)構(gòu)要求，適用于特定的應用。
[0037]在各種各樣的應用中，特別是高負荷結(jié)構(gòu)的應用，其中重量、厚度和疊層結(jié)構(gòu)的完整性總是關(guān)鍵的設計因素，如上文所述的常規(guī)約束條件已經(jīng)經(jīng)常被證明是累贅。作為響應，本發(fā)明的各種實施方式中去除了這些約束中的一個或多個，包括代替可能導致一定程度的彎曲扭轉(zhuǎn)耦合的不對稱和不平衡的結(jié)構(gòu)特點，至少關(guān)于分立的子疊層模塊，如下文所述。彎曲扭轉(zhuǎn)I禹合為控制由結(jié)構(gòu)基于彎曲和扭轉(zhuǎn)力的組合表現(xiàn)出來的撓曲提供了 一種可靠的和可預測的機制。
[0038]由于上述的不對稱和不平衡性，某些實施例中采用更少的板進一步產(chǎn)生改進的均一性，往往關(guān)鍵于盡可能的減少重量和厚度而不犧牲結(jié)構(gòu)的完整性。如將在下面進一步詳細描述的，改進的對稱性，有利于方便計算層疊結(jié)構(gòu)的結(jié)合效應強度，并在錐化時保持材料特征保持不變。在這些和還有其他各種實施例中，通過拋棄如四個板層角度和百分之十(10% )規(guī)則這些傳統(tǒng)約束條件，疊層結(jié)構(gòu)中板層方向的數(shù)目達到最小化。其結(jié)果是，這些和其他實施例提供了一種更快、更有效、并且不容易出錯的層疊結(jié)構(gòu)工藝，通常情況下利用子疊層模塊，接著進一步改進了錐化結(jié)構(gòu)的設計和堆疊過程。
[0039]這樣的子疊層模塊，如將在下面進一步詳細描述的一樣，通常包括預先定義的一個或一組具有多個方向的獨立板層。子層疊體模塊可通過烘干的方法提供，或可選的，采用預浸處理的方法提供，如將在下文中進一步描述的一樣。每個子疊層模塊，雖然包括多個單獨的板層方向，仍被視為一個單一的單元，用于組裝完成的疊層產(chǎn)品。通過這種方式，如將在下文中進一步詳細描述的，子層疊模塊的功能即為裝配完成的疊層產(chǎn)品的基本構(gòu)建。子層疊模塊可以包括任何所需數(shù)量的板層，只要它們包含多個板層方向。然而，這是希望在獨立的子疊層模塊中使板層數(shù)目最小化，這將在下文中進一步詳細描述。
[0040]本發(fā)明的各種實施例還可以包括不平衡的結(jié)構(gòu)特征。在這些和其它實施例中，這可能會或可能不會包括上述某些功能，特定板層角度方向的選擇還要考慮結(jié)構(gòu)的剛度和強度。這些參數(shù)的可預測性得以改善，因為至少某些實施例中選擇板層方向，其中因施加結(jié)合彎曲和扭轉(zhuǎn)元件而產(chǎn)生的變形是可控的，導致而產(chǎn)生的變形施加相結(jié)合的彎曲和扭矩是可控的，這一特征在平衡(例如，正交和/或各向同性的)結(jié)構(gòu)中是不存在的。
[0041]這些特征中的每一個，與他們的優(yōu)點相對應，將在下文中在必要時參照附圖被更詳細地描述。
[0042]不對稱結(jié)構(gòu)特點
[0043]首先參照圖1，示出了現(xiàn)有技術(shù)中的一個對稱疊層結(jié)構(gòu)I。正如可以從該圖中更好地理解，對稱疊層結(jié)構(gòu)I通常由至少4個板層方向構(gòu)成，分別為-45°、0°、45°和90°。結(jié)構(gòu)I中示出的所示四個板層方向依次通過板層2a、2b、2c和2d的相對方向?qū)崿F(xiàn)。在示意性示出的實施例中，在中平面6的上方和下方該板層序列至少重復三次，如下文所述。可選的，三板層方向也司空見慣，且通常取消90°方向而采用0°、+45°、-45°的取向配置。值得注意的是，這樣的配置始終保持的正(+)方向和負(_)方向板層的數(shù)量相等，也是一個常見的行業(yè)慣例。這樣的配置通過將板層2a、2b、2c和2d堆疊為兩個板層組方向7a、7b來進一步保持對稱性，每組方向都以所形成的結(jié)構(gòu)I的中平面6作為中心。以這種方式，在完全形成時，板層相對于中平面軸6顯示為彼此的鏡像，從而保持對稱性，如前文所述。對于某些應用，先前所描述的類型中的子疊層模塊5，可以被納入在對稱疊層結(jié)構(gòu)I中，每一個通常包括至少四個板層，即2a、2b、2c和2d。當然，應該理解的是，其他的現(xiàn)有技術(shù)的配置(圖中未示出)通常包括具有八(8)到十(10)個，或者更多板層的子層疊模塊，不僅實現(xiàn)平衡性是必要的，實現(xiàn)對稱性也是必要的。這樣的約束條件，正如所預期的，往往會在不需要更大厚度來承受負載的地方造成相對較厚的疊層結(jié)構(gòu)。
[0044]現(xiàn)在參照圖2，示出了各種實施例中不對稱、不平衡的疊層結(jié)構(gòu)10。從該圖中可以最好地理解，該疊層結(jié)構(gòu)10，在某些實施例中，包括多個第一板層12a、多個第二板層12b、第一方向13 (也如圖3所不)和第二方向14 (也如圖3所不)。所述多個第一板層12a,根據(jù)某些實施例，被相應的多個第二板層12b分隔。多個第二板層12b中的每一個在圖1中未加任何標記，以便區(qū)別于加上對角線標記的第一板層12a。
[0045]多個第一板層12a中的每一個，根據(jù)各個實施例，相對于多個第二板層12b都沿第一方向13取向(也如圖3所示)。所述多個第二板層12b中的每一個可以是依次沿第二方向14取向，正如參考至少圖3將要在下面進一步詳細描述的。以這種方式，可以在第一和第二板層各自的方向之間形成鋪層角19 (如圖3所示)，使得鋪層角對應于它們之間方向的夾角。至少在圖示的實施例中，鋪層角19的角度是25°，而在其它實施例中的鋪層角19的角度在從10°至40°的范圍內(nèi)，適用于特定的應用。在其它實施例中，該范圍可以是從約15°?30°，這取決于彎曲扭轉(zhuǎn)耦合所希望的結(jié)果，這將在下面進一步詳細描述。彎曲扭轉(zhuǎn)耦合的剪切耦合分量通常在鋪層角為30°時達到最大值。在其它實施例中，應該理解的是，鋪層角19可以是任何不同的銳角(例如，小于90° )，將在下文參考不平衡和疊層結(jié)構(gòu)10的不平衡結(jié)構(gòu)特點進行進一步詳細描述。此外，根據(jù)各種實施例，鋪層角19可以是連續(xù)變量，這意味著鋪層角值不限于離散的整數(shù)值。
[0046]疊層結(jié)構(gòu)10，類似于現(xiàn)有技術(shù)的疊層結(jié)構(gòu)中，可根據(jù)各種實施例，進一步包括一個中平面軸16。在某些實施例中，至少在圖2所示，層疊的第一和第二板層12a，12b，需要不沿中平面軸16對稱。換句話說，如前所述，在整個疊層結(jié)構(gòu)10中，多個第一板層12a的被相對應的多個第二板層12b的每一個分隔。與此相反，作為最好的理解，通過比較圖1和圖2，多個板層2d中的至少兩個的位置彼此直接相鄰(例如，沒有任何其它板層2a、2b和/或2c分隔)。通過這種方式，根據(jù)各個實施例，層疊的第一和第二板層12、12b通常是不對稱的。
[0047]返回到圖2，根據(jù)各種實施例的層疊結(jié)構(gòu)體10可以沿著一個單一的方向17被堆疊。與圖1中現(xiàn)有技術(shù)中非均一的疊層結(jié)構(gòu)I相比，該板層必須在沿7a、7b兩個方向被堆疊，使其保持以中平面軸6為中心，疊層結(jié)構(gòu)10的板層12a、12b仍然可以按順序堆疊，而不考慮它們的方向或相它們與中平面軸線16的相對位置。在某些實施例中，將在下面進一步詳細描述，板層可能不會被單獨連續(xù)層疊，子疊層模塊(參見圖2和下文說明書的記載)，每個包括兩個或兩個以上的板層，是連續(xù)堆疊的。因為單獨的子疊層模塊可以被連續(xù)堆疊，相比于現(xiàn)有技術(shù)中的對稱的配置所需的勞動和時間密集的工藝，這樣的配置提供了一個顯著的成本優(yōu)勢，并且創(chuàng)建一個均一結(jié)構(gòu)。能夠連續(xù)堆疊板層(或子疊層模塊，如下文所述)也使放置板層時的錯誤風險最小化，同時促進使得錐化和板層去除過程更加容易，也將在下面進一步描述。
[0048]為了進一步優(yōu)化成本，根據(jù)各種實施例的疊層結(jié)構(gòu)10還可以進一步包括多個子疊層模塊15，如前面所定義和描述的。每個子疊層模塊15，至少在圖2所描繪的，通?？梢园ㄖ辽僖粋€第一板層12a和一個第二板層12b，每一個通常具有不同的排列方向，如本文其他地方描述的。在某些實施例中，子疊層模塊15構(gòu)成了形成的疊層結(jié)構(gòu)10的基本構(gòu)造塊，并且，以這種方式，在制造過程中一般被視為單一單元。換句話說，作為基本構(gòu)造塊，根據(jù)各種實施例，子疊層模塊15可預先組裝，使得它們能通過“單軸層疊”的過程直接堆疊在另外一個頂部，這將大幅減小再構(gòu)過程。
[0049]在至少這些包括子疊層模塊15的實施例中，如圖2所示，“單軸層疊”比使用現(xiàn)有技術(shù)中疊層結(jié)構(gòu)I的傳統(tǒng)四軸層疊法快7倍，雖然應當理解，可以實現(xiàn)不同程度的提高效率，可適用于對于特定的應用。替代實施例中，如將在下面進一步詳細描述的，可能涉及到旋轉(zhuǎn)(例如，翻轉(zhuǎn)或折疊)每一個其他子疊層模塊15以形成一個平衡的疊層(例如，[0° /土鋪層角19/0° ]的配置)，實現(xiàn)了完全可逆的扭轉(zhuǎn)元件或完全負載(例如，具有從-1到+1的幅值)，適用于特定的應用中。通過這種方式，基本構(gòu)造塊，即每個子疊層模塊15可用于某些實施例中，通過單軸層疊工藝，不僅形成如圖2所示的不平衡的疊層結(jié)構(gòu)，也可形成平衡的疊層結(jié)構(gòu)。在其它實施例中，當鋪層角19是45°時，如在子疊層模塊[0/45]中，子疊層模塊5可翻轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)成為[-45/90]配置。根據(jù)各種實施例，通過層疊這兩個子疊層模塊(一個旋轉(zhuǎn)和一個不旋轉(zhuǎn)的)，可得到一個準各向同性的疊層結(jié)構(gòu)[0/±45° /90° ]。根據(jù)在某些實施例，由于至少一個子疊層模塊旋轉(zhuǎn)了 90度，這樣的結(jié)構(gòu)可通過“單軸層疊”的方式形成。然而，應該理解，在任一這些和另一些實施例中，例如疊層工藝，通常得到相對可比較的和適用的效率，至少部分避免了“離軸層疊”(例如，在+鋪層角19或-鋪層角19的方向)。
[0050]特別參照圖3，根據(jù)各種實施例，在所述至少兩個子疊層模塊15中示出了一個示例性的疊層結(jié)構(gòu)10的結(jié)構(gòu)。在圖的3左側(cè)，示出了第一模塊15，它包括一個單獨的第一板層12a和一個單獨的第二板層12b。機器1000，通常理解，從至少圖10可以看到有一個機器方向17，可對準子疊層模塊15的整體軸。在某些實施例中，沿機器方向17可以是與至少一個板層(例如，圖3中的第二板層12b)軸線對應于的0°軸，從而進一步提高了模塊15的成本和效率的優(yōu)勢。這種機器方向17通常會在這些具有25°的鋪層角的實施例中造成一個[0/25]的機器配置。然而，應該理解，在其他實施例中，機器方向17不必是沿0°軸方向，適用于特定的應用。在一個非限制性的例子中，機器方向17可沿60°軸配置，在這些具有25°鋪層角的實施例中形成了一個[60/85]的機器配置。最顯著的，但應該理解，根據(jù)各實施例，配置角度之間的差異基本上與所需的鋪層角19相關(guān)，與它們各自的值無關(guān)。
[0051]從圖3中可理解,第一模塊15可以與第二模塊15合并，同樣包括單獨的第一和第二板層12a、12b。根據(jù)特定實施例，由此產(chǎn)生的的疊層結(jié)構(gòu)10通過連續(xù)堆疊各個模塊15形成，每個模塊15具有至少一個與運行方向17對應的公共軸。盡管至少所述模塊15包括兩個不同的板層，在其他實施例中，可以設想，該模塊可以包括彼此獨立的板層12a、12b中的兩個或更多個板層。然而，應當理解的是，模塊15的厚度通常應該被最小化，并且包括兩個獨立的板層12a、12b，他們?yōu)檎麄€疊層工藝提供了最高程度的靈活性和效率，這將在下文中進一步詳細描述。
[0052]子疊層模塊15的各種實施例中可以如前面所討論的那樣是預先形成的(例如，縫合的)，包括至少一個第一和一個第二板層12a、12b。至少從圖3中可以進一步理解，這樣的模塊15的另一優(yōu)點是他們的旋轉(zhuǎn)(例如，翻轉(zhuǎn)和/或折疊)能力，該旋轉(zhuǎn)圍繞他們的至少一個與運行方向17 (如圖所示，作為一個非限定的例子，第二板層12b的軸是0°軸)對應的公共軸。以這種方式，對于那些試圖保持平衡的實施例，將進一步詳細描述如下，子疊層模塊15可以被翻轉(zhuǎn)，或可選地，只是相對于這個軸折疊，使得第一板層12a的軸獨立的沿正(+)和負(_)兩個方向。作為一個非限制性的例子，其中第一板層12a沿25°角被定向，將子疊層模塊的一層折疊或旋轉(zhuǎn)到它本身上，會形成一個沿在-25。角被定向的第一板層，從而保持最終形成的具有一個[0/+25° /-25° /0]配置的層疊結(jié)構(gòu)體10的整體平衡，適用于特定的應用中。
[0053]應該理解的是，在某些具有旋轉(zhuǎn)模塊的實施例中，在任何層數(shù)的翻轉(zhuǎn)或折疊之前，必須縫合在該模塊(將在下面進一步描述)內(nèi)的板層，此后必要地縫合兩個旋轉(zhuǎn)的模塊。當然，它也應該可以理解為，某些實施例中可能不要求平衡，在這種情況下，只有正(+)(或者，可選地，只有負(_))方向的板層12a可以被利用。因此，在至少這些實施例中，子疊層模塊15的旋轉(zhuǎn)(例如，翻轉(zhuǎn)或折疊)，是不必要或者甚至是不希望的。另外，在另一些實施例中，它可用于大多數(shù)子疊層模塊15以保持不平衡，而由此形成的整個層疊結(jié)構(gòu)則通過旋轉(zhuǎn)(例如，折疊或翻轉(zhuǎn))該模塊的確定比例保持平衡，如前文所述。
[0054]應當指出，根據(jù)這些包括子疊層模塊15的不同實施例，上述疊層(如，堆疊)的優(yōu)勢同樣適用于試圖在最終形成的疊層結(jié)構(gòu)10上形成錐化表面時。參照圖1，可以看出，在現(xiàn)有技術(shù)的疊層結(jié)構(gòu)I上形成一個錐化表面，具有它的多個板層、多個板層方向以及中平面對稱性，不僅時間和勞動密集，也非常容易出錯。特別是，如果一個“頂”層板被放置，則需要放置一個(底部)板以保持對稱性；若沒有進一步放置將導致結(jié)構(gòu)失衡。另外，沒有進一步放置將永久的改變結(jié)構(gòu)I的結(jié)構(gòu)配置，潛在的對與之相關(guān)的強度特性產(chǎn)生不利影響。因此，需要去掉額外的板層，通常情況下限制長度和椎體可實現(xiàn)的程度。
[0055]還需要進一步考慮的是，錐化傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)時，特別是關(guān)于獨立板層放置的順序，以及連續(xù)的放置之間必須保持的距離。與此相反，在某些具有疊層結(jié)構(gòu)10的實施例中，錐形表面可以通過放置連續(xù)的單獨或多個子疊層模塊15來形成，可適用于特定的應用。對稱化，如將在下面進一步描述的，子疊層模塊15可在疊層的外側(cè)、操作側(cè)或內(nèi)側(cè)放置而不考慮對稱性。對于那些具有至少16個的子疊層模塊15 (在下面進一步描述)的結(jié)構(gòu)中，每個模塊都具有0.125毫米的厚度，連續(xù)兩個模塊之間的總距離為1.0毫米。這些和其他實施例中的錐形模塊還可以是線性的、非線性的、一維或二維的和/或直角的，其中每一個至少部分地促進了板層損耗程度的減小，否則通常會遇到角度定向的板層模塊。
[0056]更進一步，忽視子疊層模塊15的位置或數(shù)量的下降，疊層結(jié)構(gòu)10的結(jié)構(gòu)配置在整個過程中保持不變。對于圖1中的非對稱疊層，與圖2中的對稱(將在下面進一步描述)疊層一樣，每個板層放置，例如，最外層-45°的板層的去除，將改變整體疊層結(jié)構(gòu)的固有的配置。由于單獨的板層被放置以進行錐化過程，疊層厚度及其特性也會發(fā)生改變。圖1中傳統(tǒng)的非對稱設計通常通過在具有精確長度的板層粗纖維上連續(xù)準確的放置多個板層來避免這種變化的疊層特性。相反，當至少在圖2中所示的各個實施例中的疊層結(jié)構(gòu)10被錐化，每個連續(xù)的板層可被放置在任何地方，且使疊層結(jié)構(gòu)保持不變。換句話說，在至少某些實施例中，整體的疊層特點隨著板層長度變化，即使沒有以往所需要的復雜的錐化過程。
[0057]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖4，繼續(xù)參考圖1，示出了不對稱疊層結(jié)構(gòu)10的另外一個相關(guān)的優(yōu)勢，即均一性，其中包括，促進了前面所述的錐化過程。特別的，具有雙角度和三角度的疊層結(jié)構(gòu)10、110的各種實施例出在圖4中被示出，大致相鄰于相應的現(xiàn)有技術(shù)疊層結(jié)構(gòu)1、210。三角度疊層結(jié)構(gòu)110可參照前文所述的雙角度疊層結(jié)構(gòu)10，采用大體相同的配置，區(qū)別在于，根據(jù)多個實施例，結(jié)構(gòu)110包括前文所述的模塊15的“折疊結(jié)構(gòu)”以保持平衡，這在其中是適用的。然而，應該理解，在另一些實施例中，與結(jié)構(gòu)10相比，三角度的疊層結(jié)構(gòu)110的配置可以是部分或全部不同。
[0058]回到圖4，作為一個非限制性的例子，將結(jié)構(gòu)110與結(jié)構(gòu)I進行比較，可以看出，當被視為一個整體時，前者改進了均一性。事實上，根據(jù)某些實施例，反復交替出現(xiàn)的板層12a、12b實現(xiàn)了完全的均一'I"生。從實際角度看，完全的均一'I"生意味著該結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強度特征在其他特征中是可預測的、可操作的且可作為整體通過疊層結(jié)構(gòu)計算的。與此相反，現(xiàn)有技術(shù)中的非均一結(jié)構(gòu)，這樣的特性只能在一個板-板基礎上處理，不僅產(chǎn)生誤差和低效，但也是潛在的有損結(jié)構(gòu)完整性，如前文所述的現(xiàn)有技術(shù)中的錐化過程。
[0059]圖4中的雙角度實施例，用盡可能少的三十二次(32)重復(例如，32個單獨的板層)實現(xiàn)接近完全的均一性。在這些包括子疊層模塊15的實施方案中，均一性可以通過盡可能少的十六(16)個模塊(值得注意的是，仍有32個單獨的板層)實現(xiàn)。然而，應當理解，可以通過均一化所需的任意重復數(shù)目預測的其他的實施例，與現(xiàn)有技術(shù)相比，提供了相對薄和成本優(yōu)勢。在這方面，應該理解的是本發(fā)明的各種實施例中，至少部分地基于子疊層模塊和不平衡雙角度配置，實現(xiàn)具有更薄的疊層結(jié)構(gòu)的完整的均一性，否則在可適用于現(xiàn)有技術(shù)中由于至少部分先前所述的限制。
[0060]如將要在下面進一步詳細描述的部分中描述的無翹曲結(jié)構(gòu)，根據(jù)各種實施例，板層12a、12b可以各種不同的材料和方式形成。但是，在至少某些實施例中，板層12a、12b的厚度至少要小于傳統(tǒng)的疊層結(jié)構(gòu)1(例如，2a、2b、2c、2d)的板層厚度的板層的厚度，雖然這種在厚度上的區(qū)別沒有詳細的在各圖中示出。這些板層12a、12b的減薄進一步使結(jié)構(gòu)110實現(xiàn)完全的均一性，且具有如前所述的模塊和/或板層重復數(shù)。
[0061]作為一個非限制性的例子，并且將在下面進一步詳細描述，板層12a和12b可以各自具有約0.0625毫米的厚度，其中進一步給他們約75g/m2的重量。當然，更薄或更厚和/或更重或更輕的板層12a、12b有望在其它實施例中實現(xiàn)，這取決于各種考慮因素，如均一性，可適用于特定的應用中。
[0062]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖5，示出了不對稱疊層結(jié)構(gòu)10、110的另一個優(yōu)點，更具體地，即均一化。特別是，雙角度和三角度的疊層結(jié)構(gòu)10、110的各種實施例示出彎曲應變(例如，翹曲)的下降程度，這主要是由于比所示出的先有技術(shù)中的疊層結(jié)構(gòu)I具有更長的固化時間。作為初始背景，現(xiàn)有技術(shù)中的疊層結(jié)構(gòu)I記作[0/±45° ]，先前所述的限制條件要求板層的方向為0° ,45°和-45°。三角度疊層結(jié)構(gòu)110被記作[0/±25° /0]，同樣維持+25°和-25°板層的平衡。雙角度的疊層結(jié)構(gòu)10被記作[0/25° ]，這將導致不平衡的特征，如本文前面描述的。
[0063]在這些確定和其他的實施例中，彎曲應變或變形的程度，當疊層結(jié)構(gòu)中包含有足夠數(shù)量板層數(shù)目時長期趨近于零。這種關(guān)系是進一步與均一化程度相關(guān)，這大致對應于接近零的應變或變形。正如從圖5中最左邊的列中最好地理解，已經(jīng)知道現(xiàn)有技術(shù)中的疊層結(jié)構(gòu)I表現(xiàn)出了最小的翹曲，具有至少72個總厚度為4.5毫米的板層。三角度的疊層結(jié)構(gòu)100(圖5中間一列)顯示出改進的特性，實現(xiàn)了最小的翹曲，具有約64個總厚度為4.0毫米的板層。與此相反，疊層結(jié)構(gòu)10，如圖5中最右邊的列中示出，通過現(xiàn)有技術(shù)與三角度疊層達到可比較的特性，但僅具有32個板層(或可選地，16個子疊層模塊層)和約2.0毫米的總厚度。因此，較少鋪層角和/或更薄的板層在子疊層中實現(xiàn)了一個均一化的疊層結(jié)構(gòu)，具有比現(xiàn)有技術(shù)更小的總厚度。
[0064]此外，考慮到均一性，現(xiàn)有技術(shù)的疊層結(jié)構(gòu)I需要許多更具可比性的板層，高達72層，以大幅消除翹曲。如此高的板層數(shù)目，主要是由于先前所描述的對稱性、平衡性和10%規(guī)則的限制，需要這樣的疊層以具子疊層模塊，每個(如兩每個0° ,45°，-45°中的兩個或兩個以上)子疊層模塊具有6個或更多的板層。由于對示意性的約12個子疊層模塊，彎曲應力或翹曲達到最小化，這產(chǎn)生了下文所述的72個獨立板層。疊層結(jié)構(gòu)10克服這方面的不足之處，通過將其子疊層模塊15的數(shù)目減小到兩個(而不是6個)，導致僅僅用16個子疊層模塊或32個板層，實現(xiàn)了最小的彎曲應變和翹曲。以這種方式，根據(jù)各種實施例，疊層結(jié)構(gòu)10的厚度小于傳統(tǒng)疊層結(jié)構(gòu)I厚度的一半。至少在圖示的實施例中，相對厚度約為2.0毫米和4.5毫米，但在另一些實施例中，各種不同的相對厚度也使可行的。如果沒有這樣的6個或多板層子疊層模塊，這樣的比較薄的層疊結(jié)構(gòu)的厚度在這是可行的，另一些實施例中，通過利用無翹曲結(jié)構(gòu)，這在某些實施例中，它本身進一步擴展和變薄，例如，通過機械加工工藝，將在下面進一步詳細描述。
[0065]不平衡結(jié)構(gòu)特點
[0066]至少從圖3中可以理解，根據(jù)各種實施例，多個第一板層12a中的每一個可以相對于多個第二板層12b中的每一個沿第一方向13伸展，其中第二板層12b沿第二方向14伸展。以這種方式，第一和第二板層12a, 12b的相對方向定義一個鋪層角19,該鋪層角是可變的，這將在本文中進一步描述，以獲得某些所需的結(jié)構(gòu)特點。鋪層角19的這種操作，可根據(jù)各種實施例，基本上將撓曲、旋轉(zhuǎn)以及復合材料膨脹的長期風險最小化，該復合材料由子疊層110形成，該子置層110由所述板層12a，12b形成。
[0067]現(xiàn)在回到圖2，根據(jù)上下文，應該理解的是，在傳統(tǒng)的疊層結(jié)構(gòu)I中，保持正(+)和負(_)方向板層的平衡，或者更確切地說，正和負的鋪層角19的數(shù)目相等，被認為是至關(guān)重要的。這樣的配置的，如通常在本領域中所公認的，創(chuàng)建正交和/或各向同性的結(jié)構(gòu)，每一個都表現(xiàn)出固有的“非耦合”的彎曲和扭曲變形。疊層結(jié)構(gòu)具有非耦合的彎曲扭轉(zhuǎn)，而傳統(tǒng)上較偏好于他們的類似于以往所用的金屬(如鋁)的性質(zhì)，基本上無法利用存在于這類結(jié)構(gòu)中的彎曲和扭轉(zhuǎn)運動之間的動態(tài)關(guān)系。該動態(tài)關(guān)系在各種各樣的應用中常常被稱為“彎曲扭轉(zhuǎn)耦合”，或至少在與航空航天和風力渦輪機相關(guān)的應用中被稱為“流線型彈性剪裁”。在任何這些和另一些實施例中，應當理解，至少彎曲扭轉(zhuǎn)耦合的剪切耦合組件一般在30°的鋪層角時達到最大值。
[0068]作為傳統(tǒng)的“不平衡”疊層結(jié)構(gòu)中“非耦合”扭轉(zhuǎn)的一個非限制性示例，考慮至少在圖1中所示出類型中的疊層結(jié)構(gòu)I。可以理解，至少部分地從圖6A看出，如果在結(jié)構(gòu)I收到一個彎曲力(例如，P)，該結(jié)構(gòu)將只表現(xiàn)出彎曲的性能。將引入無角度扭轉(zhuǎn)(例如，扭轉(zhuǎn)行為)，盡管這些行為在“不平衡”盡管中用于減小單獨由彎曲或由彎曲和扭轉(zhuǎn)結(jié)合所引起的撓曲程度，這將在下面進一步詳細描述。同樣地，層疊結(jié)構(gòu)體I所承受的總扭轉(zhuǎn)力(例如，T)，也可以至少部分地從圖6A中被理解為，將僅導致扭轉(zhuǎn)行為，由于“非耦合”或彎曲扭轉(zhuǎn)關(guān)系的不存在，否則可能損傷或至少部分抵消所施加切應力。
[0069]與傳統(tǒng)的疊層結(jié)構(gòu)I平衡配置形成了鮮明對比，根據(jù)各種實施例，疊層結(jié)構(gòu)110實質(zhì)上特意造成不平衡以利用上述位于疊層結(jié)構(gòu)中彎曲和扭轉(zhuǎn)運動之間的動態(tài)關(guān)系。在某些實施例中，但應當理解，可選地，至少該子疊層模塊15 (參見圖3)是特意這樣失去平衡，以獲得這些優(yōu)點，平衡的層疊結(jié)構(gòu)110可用于某些特定的應用，如前文所述。在至少那些不平衡或平衡的實施例中，該層疊結(jié)構(gòu)110可至少包括一個銳角19。在某些實施例中銳角19可以是近似于+或-25°，而在其他實施例中，銳角19可以是在一定范圍內(nèi)，從約10°至40°，或從月15°至30°，可適用于特定的應用中。在至少那些不平衡的實施例中，銳角19可以是0°和90°之間各種角度中的任何一個，而在至少那些平衡的實施例中，該銳角一般小于45°。
[0070]再次參考圖6A和圖6B，可以進一步理解的彎曲扭轉(zhuǎn)耦合，一般稱為系數(shù)Z。根據(jù)各種實施例，該系數(shù)Z可以通過相對于彎曲角度的扭轉(zhuǎn)角度的增量被定義和分析測量，其中每一個都可以通過參閱查看圖6A的三個系列示意圖被理解。事實上，作為一個至少被圖6A中最右側(cè)的示圖所示出的非限制性的實施例，彎曲力P和扭轉(zhuǎn)力T的同時作用在疊層結(jié)構(gòu)110上，根據(jù)某些實施例，會形成一個最小的撓曲，甚至0°，這取決于固有鋪層角19和結(jié)構(gòu)110的結(jié)構(gòu)材料，將在下面進一步詳細描述。在任何這些和其他的實施例中，彎曲扭轉(zhuǎn)耦合的剪切耦合組件一般在鋪層角為30°時達到最大值。
[0071]特別的參照圖6B，應當理解的是，根據(jù)疊層結(jié)構(gòu)110的某些實施例，由于“不平衡”(如前文所述)鋪層角19接近一個小于或等于25。的相對較小的角度，耦合彎曲系數(shù)Z的效果可以被進一步實現(xiàn)。換句話說，由作用在結(jié)構(gòu)110上的彎曲和扭轉(zhuǎn)運動所產(chǎn)生的撓曲合并的程度，可被操縱以基本上彼此抵消(例如，“零輸出”)，可能適用于特定的應用。在其它實施例中，應當理解，可選的，但仍然相對較小的鋪層角19 (例如，非限制性實施例中的10°至40°或15°至30° )是所希望的，盡管他們不能完全抵消的作用力。然而，在某些實施例中，這樣的鋪層角19被證明是有利的，通過提供一個可預測的和可靠的偏離或旋轉(zhuǎn)程度，對于特定的應用是有益的。
[0072]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖7，為一個非限制性例子的用途，可以看出，某些小的和不平衡的鋪層角19將由疊層結(jié)構(gòu)110上所施加的彎曲和扭轉(zhuǎn)作用力所引起的撓曲50的程度最小化。如所見到的，鋪層角19接近約25°時，撓曲50最小。這些行為中的數(shù)學預測，特別是鋪層角19的預選在某些應用中被證明是關(guān)鍵的，例如，用于細長結(jié)構(gòu)應用的疊層結(jié)構(gòu)110的制造和結(jié)構(gòu)，例如風力渦輪機葉片、直升機旋翼葉片、飛機機翼表面、等等。作為一個非限制性的實施例，撓曲最小化可使得“細長”的葉片可以更加接近于支撐它們的塔，這樣節(jié)省了材料成本，增加速度，并有助于增加渦輪兆瓦輸出。作為另一非限制的例子，在航空航天和風力渦輪機相關(guān)的應用中，最大限度地減少和/或改變“頂端處”撓曲50被證明是關(guān)鍵的，其中，機翼的精確撓曲可能顯著影響和/或改變升降力、拖曳力，和/或機翼的整體負載。任何各種其他應用中都可存在，包括轉(zhuǎn)子或其他氣動產(chǎn)品的非限制性實施例。
[0073]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖8，一對互補的圖，示例性的示出了位于傳統(tǒng)的復合疊層結(jié)構(gòu)501 (類似于結(jié)構(gòu)I，如前文所述)和不對稱不平衡疊層結(jié)構(gòu)601 (類似于結(jié)構(gòu)10、110，如前文所述)中的微裂紋區(qū)510、610。這些圖表S示出了各自的第一板層損壞(FPF)區(qū)525、625，其中，如在本領域中所公知的，代表所施加作用力的最大程度，其中，該疊層結(jié)構(gòu)中的多個板層中的第一個首先損壞(例如，破裂、脫層等)。該圖進一步說明各自的最后板層損壞(LPF)區(qū)520、620，如在本領域中所公知的，代表所施加作用力的最大程度，其中，該疊層結(jié)構(gòu)中的多個板層中的最后一個損壞。
[0074]從圖8中可以看出，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)501的板層在最大施加應力δ:接近400MPa時經(jīng)歷第一板層損壞(FPF)，而最后板層損壞(LPF)直到施加應力δ I約750MPa時才會出現(xiàn)。因此，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，例如501 (另請參閱圖1中的I)在第一板層損壞和第二板層損壞之間受到作用力過程中，基體將會產(chǎn)生大范圍的裂紋。與此相反，可參考疊層結(jié)構(gòu)601(類似于10和110，如前面所述)，在大約1350MPa時，F(xiàn)PF和LPF幾乎同時發(fā)生。因此，不僅疊層結(jié)構(gòu)，例如601，的結(jié)構(gòu)完整性和強度很大的提高，顯著減少甚至在某些情況下消除了的FPF和LPF之間的差異，最大限度地減少了微裂紋。這也可以形象地看出，在圖8中，參照區(qū)域510和區(qū)域610相關(guān)區(qū)域的不同，其中后者基本上消除了長期微裂紋存在的可能性，從而提高了結(jié)構(gòu)的強度。一些設計師容忍的微裂紋的存在，并不認為它能損壞復合疊層，而其他設計師認為應選擇無微裂紋。根據(jù)本發(fā)明中的實施例，F(xiàn)PF和LPF幾乎同時出現(xiàn)，從而消除了關(guān)于是否接受微裂紋的爭論。
[0075]無翹曲結(jié)構(gòu)
[0076]根據(jù)各種實施例，疊層結(jié)構(gòu)10也可以主要構(gòu)成非無翹曲結(jié)構(gòu)(NCF)，這在本領域中是公認的，其在成本、操作和性能之間提供了一個可行的平衡。NCF是一類復合材料，它是由具有多個單向的板層，每個板層具有不同的方向，且通過橫向拼接工藝連接在一起，至少如圖9所示。普遍適用的橫向拼接，將獨立的板層連接在一起，同時在直接相鄰的板層之間的存在最小的自由度。特別的，與其它各種抑制和公認的纖維結(jié)構(gòu)相比，橫向拼接的NCF基本上消除了碳結(jié)構(gòu)的翹曲(例如，使其成為無翹曲結(jié)構(gòu))，由于未對準等因素降低了機械性能，降低了效率。雖然已經(jīng)描述了一個橫向拼接過程，可以利用各種不同的其它過程使獨立的板層彼此連接。作為非限制性實施例，板層可以通過其它技術(shù)彼此連接，如鍵合。
[0077]在包括一個橫向拼接過程d的各種實施例中，如前面所述，可使用各種類型的纖維，這取決于所需的應用。在某些實施例中，它有利于是用盡可能輕的連接方式拼接纖維。在這些和另一些實施例中，該纖維包括一種通過E5連接的33dtex PES的纖維和3.4毫米長的鏈點。在這樣的實施例中，拼接面積重量是約2.0g/m2。在其它實施例中，可使用各種聚酰胺、聚酰亞胺耐高溫纖維中的任何一種。在其它實施例中，拼接應力表、纖維原料及其組合中的任何一種均可以被使用，本發(fā)明的范圍內(nèi)，適用于特定的應用。
[0078]在具有NFC的疊層結(jié)構(gòu)10的各種實施例中，獨立的單向板層包括單向碳纖維板層和+25°板層。正如前面所描述的，在至少這些實施例中，子疊層模塊15可以被形成具有一個單向碳纖維板和一個+25°板，從而促進了“單軸疊層”或可選的用于雙軸正常負載的折疊的“雙軸疊層”，消除了放置離軸板層的需要?？蛇x的，還有由其它各種材料(例如，玻璃纖維或如銅導線的電導體)和/或相對較窄的角度或方向(例如，類似于在本領域中的公知常識)構(gòu)成的實施例，提供了前文所述的此處仍有效的限制和參數(shù)。作為一個非限制性的例子，在風力渦輪機葉片的環(huán)境中，疊層結(jié)構(gòu)10，包括玻璃纖維層而不是碳纖維板層，可應用于成本或其他考慮中，視情況而定。在其它實施例中，雜交可能是可取的，使碳纖維、玻璃纖維、和/或周期性間隔的電導體(例如，作為防雷保護的銅線)及其各種組合中的任何混合物，或其他材料作為板層。
[0079]應當進一步理解,根據(jù)各種實施例,疊層結(jié)構(gòu)10的板層12a, 12b可通過進一步擴展的粗碳纖維，或任何所需材料的類似粗纖維形成，如本領域眾所公知的，至少相對于平衡的和對稱的疊層。至少申請?zhí)枮?006/0093802的美國專利申請介紹了各種粗纖維的擴展方式，在此處包括并入其全部內(nèi)容。粗纖維的這種擴展方式使疊層結(jié)構(gòu)10的某些實施例中包括非常薄的板層12a，12b，每一個板層具有約0.0625毫米的厚度和約75g/m2的重量。在這些和其它具有這種板層厚度、均一性的實施例中，如前文所述的，可實現(xiàn)一個總厚度為約
2.0毫米的疊層結(jié)構(gòu)10。然而，應該理解的是，任何板層以及疊層結(jié)構(gòu)的厚度是可預見的，一般是比所述至少比傳統(tǒng)的單向纖維更薄，典型厚度約為0.25毫米。
[0080]在更進一步的實施例中，疊層結(jié)構(gòu)10的板層12a，12b，無論以任何材料形成，在厚度上進一步是可變的，適用于某些特定的應用。作為一個非限制性的例子，某些實施例中獨立的板層可在任何地方從約0.02毫米變化至0.08毫米，雖然在其它實施例中，板層厚度最多可達0.12毫米，可適用于特定的應用。
[0081]典型結(jié)構(gòu)
[0082]根據(jù)各種實施例的疊層結(jié)構(gòu)10，如本文所述，可在各種應用中使用。作為非限制性實施例，例如可包括至少旋轉(zhuǎn)葉片(例如，風力渦輪機，直升機旋翼等)、飛機的表面如機翼和機身、以及各種航空航天器材表面中的任何一個。在所有這些應用中，不僅不對稱和/或不平衡的配置是適用的，如前文所述，他們的混合也是可用的。換句話說，雖然10°到約40° (或約15°至25°，或任何小于90°的銳角，視情況而定)的取向已經(jīng)被描述，某些實施例中可能包含一個或多個方向，這取決于多種因素，如表面的定位。
[0083]作為一個非限制性的例子，一個翼狀結(jié)構(gòu)可具有[0/25° ]取向的上部和下部的表面，前端和/或尾部邊緣的重疊區(qū)域因此具有[0/±25° /0]的取向(例如，對應于子疊層模塊的旋轉(zhuǎn)(例如，翻轉(zhuǎn)或折疊)的配置，如本文中前面描述的)。如通常所說的這種“魚骨”的設計也可以被視為在縱梁上的通道形狀，或網(wǎng)上[0/25° ]的部分組合，以及頂部的魚骨(或反之亦然)可適用于特定的應用中。再有，對于圓柱狀的結(jié)構(gòu)，如管道、容器、機身，各種實施方式中，可包括一個具有“ 土螺旋角”的板層方向配置，確切的角度取決于使用的板材料，以及所述負載狀況。
[0084]另外，應理解的是，傳統(tǒng)獨立的用于強化面板(例如，一個機翼或葉片表面部分)各個部分的結(jié)構(gòu)(例如，板層和/或子疊層模塊)和表面，根據(jù)各個實施例，可被全耦合各向異性元件(例如，疊層結(jié)構(gòu)10)完全取代，如前文所述。在某些實施例中，可以配置整個疊層結(jié)構(gòu)10，使其變?yōu)槿詈系暮透飨虍愋缘?，而在其它實施例中，由于是，獨立組件(例如，板層和/或子疊層模塊15 (例如，板層和/或子疊層模塊15)可被彼此獨立配置，盡管整個強化板形成的因此不具備全耦合和各向異性。在所述各種實施例的范圍內(nèi)，各種組合和替代可被預見。
[0085]同樣存在各種疊層結(jié)構(gòu)(例如，板層和/或子疊層模塊)合并的選項。具有板層和/或子疊層模塊的結(jié)構(gòu)可被用作干纖維或被樹脂預浸潰的(例如，半固化片)。每一個非限制性實施例，作為本領域的公知常識，同樣包括樹脂轉(zhuǎn)移成型、真空樹脂轉(zhuǎn)移成型、加熱真空輔助樹脂傳遞模塑(RTM)的非限制性實施例，不包括高壓過程，和樹脂薄膜浸泡。
[0086]此外，雖然各種改進的錐化工藝已經(jīng)在前文中描述，應當理解的是，采用的各種工藝中的任何一個，不僅至少部分的改進的基于時間的效率，進一步減少了用于制造具有直角邊緣的各種疊層結(jié)構(gòu)的板材料的數(shù)量。作為一個非限制性的例子，考慮圖1中的疊層結(jié)構(gòu)1，其中包含了多個板層，至少其中一些是在45°或-45°定向。當使用傳統(tǒng)的復雜錐化工藝時，這樣的板層通常單獨放置，相對于本文所描述的改進的子疊層模塊。放置時，任何超過椎體位置四周邊緣的板材都將被浪費。根據(jù)采用市場價格110的錐化工藝，如圖2中所示，板不是通過獨立的板層，而是通過子疊層模塊放置的。并且，根據(jù)某些實施例，雖然這樣的子的疊層模塊包括角度板層的某些部分(例如，在10°至40°，或可選的25° )，這些模塊通常具有相對窄的角度，在在錐化結(jié)具有方形邊緣的疊層結(jié)構(gòu)時將產(chǎn)生較少的浪費，相比以往生產(chǎn)過程的浪費程度。
[0087]結(jié)論[0088]這里所述的本發(fā)明的許多修正和其它實施例對本領域中的技術(shù)人員來說是顯而易見的，本發(fā)明所述的技術(shù)所具有的優(yōu)點也已經(jīng)參考附圖被詳細描述。因此，需要理解的是，本發(fā)明不限于所公開的具體實施例，且修正和其它實施例旨在包含于所附的權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。盡管此處引用了具體的內(nèi)容，它們被用來解釋和說明，而不是解釋為本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于形成復合疊層結(jié)構(gòu)的子疊層模塊，該子疊層模塊包括:第一層板，其包括在第一方向上延伸的纖維；第二層板，其包括在第二方向上延伸的纖維，該第二方向相對于第一方向偏移；在該第一方向和第二方向之間的相對偏移形成一個銳角，該銳角小于90° ,并且確定該子疊層模塊的不平衡結(jié)構(gòu)，其中第一層板和第二層板相對固定為以無翹曲結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子疊層模塊，其中該銳角小于45°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子疊層模塊，其中該銳角在大約10°到大約40°的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的子疊層模塊，其中該銳角在大約15°到大約30°的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的子疊層模塊，其中該銳角大約為25°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子疊層模塊，其中該第一和第二層板的纖維包括碳纖維。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子疊層模塊，其中該第一層板的纖維包括碳纖維，并且第二層板的纖維包括玻璃纖維，以形成混合的復合結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子疊層模塊，其中該子疊層模塊進一步包括:第三層板，其包括在第一方向上延伸的纖維；以及第四層板，其包括在第二方 向上延伸的纖維。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子疊層模塊，其中該子疊層模塊相對于在第二方向上延伸的軸對折，使得:第一層板形成第一和第四層板層；以及第二層板形成第二和第三層板層，其中第三層板層包括在第二方向上延伸的纖維，以及第四層板層包括在第三方向上延伸的纖維，該第三方向相對于第二方向與該第一方向相反。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子疊層模塊，其中至少該第一層板具有在大約0.020毫米到大約0.080毫米之間的厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的子疊層模塊，其中至少第一層板具有大約0.0625毫米的厚度和大約75g/m2的重量。
12.一種用于形成復合疊層結(jié)構(gòu)的子疊層模塊，該子疊層模塊包括:第一層板，其包括在第一方向上延伸的纖維，該第一層板的纖維包括相鄰并列的多條伸展的粗纖維；第二層板，其包括在第二方向上延伸的纖維，該第二層板的纖維包括相鄰并列的多條伸展的粗纖維；以及在該第一方向和第二方向之間的相對偏移形成一個銳角，該銳角小于90° ,并且確定該子疊層模塊的不平衡結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的子疊層模塊，其中該銳角在大約10°到大約40°的范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的子疊層模塊，其中該銳角大約為25°。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的子疊層模塊，其中該第一和第二層板的纖維包括碳纖維。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的子疊層模塊，其中該第一層板的纖維包括碳纖維，并且第二層板的纖維包括玻璃纖維，以形成混合的復合結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的子疊層模塊，其中該子疊層模塊進一步包括:第三層板，其包括在第一方向上延伸的纖維，該第三層板的纖維包括相鄰并列的多條伸展的粗纖維；以及第四層板，其包括在第二方向上延伸的纖維，該第四層板的纖維包括相鄰并列的多條伸展的粗纖維。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的子疊層模塊，其中至少第一層板具有大約0.0625毫米的厚度和大約75g/m2的重量。
19.一種復合疊層結(jié)構(gòu)，該復合疊層結(jié)構(gòu)包括:多個子疊層模塊，每個模塊包括:第一層板，其包括在第一方向上延伸的纖維；第二層板，其包括在第二方向上延伸的纖維，該第二方向相對于第一方向偏移；在該第一方向和第二方向之間的相對偏移形成一個銳角，該銳角小于90° ,并且確定該子疊層模塊的不平衡結(jié)構(gòu)，其中第一層板和第二層板相對固定為以無翹曲結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的復合疊層結(jié)構(gòu)，其中多個子疊層模塊的每一個具有在大約0.040毫米到大約0.080毫米之間的厚度。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的復合`疊層結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)包括至少十六個子疊層模塊以形成均一復合材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的復合疊層結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)具有大約2.0毫米的厚度。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的復合疊層結(jié)構(gòu)，其中包含在多個子疊層模塊中的每條纖維位于該第一方向或第二方向上。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的復合疊層結(jié)構(gòu)，其中:在該多個子疊層模塊的至少第一子集中定義的銳角相對于該第一方向為正方向；以及在該多個子疊層模塊中的至少第二子集中定義的銳角相對于第一方向為負方向。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的復合疊層結(jié)構(gòu)，其中多個子疊層模塊的第一和第二子集的第一方向是相同的。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的復合疊層結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)包括至少八個子疊層模塊以形成均一復合材料。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的復合疊層結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)具有大約2.0毫米的厚度。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的復合疊層結(jié)構(gòu)，其中:該多個子疊層模塊的第二子集的第一方向相對于多個子疊層模塊的第一子集的第一方向偏離大約90度的角度。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的復合疊層結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)包括至少八個子疊層模塊以形成均一復合材料。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的復合疊層結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)具有大約2.0毫米的厚度。
31.一種復合疊層結(jié)構(gòu)，該復合疊層結(jié)構(gòu)包括:多個子疊層模塊，每個模塊包括:第一層板，其包括在第一方向上延伸的纖維，該第一層板的纖維包括相鄰并列的多條伸展的粗纖維；第二層板，其包括在第二方向上延伸的纖維，該第二層板的纖維包括相鄰并列的多條伸展的粗纖維；在該第一方向和第二方向之間的相對偏移形成一個銳角，該銳角小于90° ,并且確定該子疊層模塊的不平衡結(jié)構(gòu)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的復合疊層結(jié)構(gòu)，其中該銳角在大約10°到大約40°的范圍內(nèi)。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的復合疊層結(jié)構(gòu)，其中該銳角在大約15°到大約30°的范圍內(nèi)。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的復合疊層結(jié)構(gòu)，其中該銳角大約為25°。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的復合疊層結(jié)構(gòu)，其中至少第一層板具有大約0.0625毫米的厚度和大約75g/m2的重量。
36.根據(jù)權(quán)利要求31所述的復合疊層結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)包括至少十六個子疊層模塊。
37.根據(jù)權(quán)利要求31所述的復合疊層結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)具有大約2.0毫米的厚度。
38.一種制造用于形成復合疊層的子疊層模塊的方法，該方法包括如下步驟:將第一層板放置于第一方向；將第二層板放置于第二方向，該第二方向相對于該第一方向偏離形成小于90°的銳角；將第二層板與第一層板重疊以形成不平衡結(jié)構(gòu)；以及將第一層板與第二層板相互壓合成為基本上無翹曲的結(jié)構(gòu)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中在放置步驟過程中:第一方向是機器方向；以及該銳角為相對于機器方向在大約10°到大約40°的范圍內(nèi)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中該銳角大約為25°。
41.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中在放置的步驟過程中:該第一方向相對于機器方向偏離大約60° ;以及該第二方向相對于該機器方向偏離大約85°。
42.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中進一步包括如下步驟:將第三層板放置于第一方向；將第四層板放置于第二方向；將該第三層板與第四層板相鄰重疊，以形成不平衡結(jié)構(gòu)；以及將第三層板相對于第二層板和第四層板壓合成為基本上無翹曲的結(jié)構(gòu)。
43.一種制造用于形成復合疊層的子疊層模塊的方法，所述方法包括如下步驟:伸展包含多條纖維的第一粗纖維，以形成第一層板層；伸展包含多條纖維的第二粗纖維，以形成第二層板層；將該第一粗纖維的多條纖維放置于第一方向上；將該第二粗纖維的多條纖維放置于第二方向上，該第一和第二方向形成一個銳角，該銳角小于90°，并且形成該子疊層層面的不平衡結(jié)構(gòu)；將第二層板層與第一層板層相鄰重疊；以及將第一層板層和第二層板層壓合成為無翹曲的結(jié)構(gòu)。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中在放置步驟過程中:第一方向是機器方向；以及該銳角在大約10°到大約40°的范圍內(nèi)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中該銳角大約為25°。
46.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中在放置步驟過程中:該第一方向相對于機器方向偏離大約60° ;以及該第二方向相對于機器方向偏離大約85°。
47.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中進一步包括如下步驟:伸展包含多條纖維的第三粗纖維，以形成第三層板層；伸展包含多條纖維的 第四粗纖維，以形成第四層板層；將第三粗纖維的多條纖維放置于該第一方向上；將該第四粗纖維的多條纖維放置于第二方向上；將第三層板層和第四層板層相鄰重疊；以及將該第三層板層的多條纖維與第二層板層和第四層板層相互壓合，以形成基本上無翹曲的結(jié)構(gòu)。
48.一種制造復合疊層結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括如下步驟:形成多個子疊層模塊，每個模塊包括:第一層板層，其包括在第一方向上伸展的纖維；第二層板層，其包括在第二方向上伸展的纖維；以及在第一方向和第二方向之間相對偏離形成一個銳角，該銳角小于90° ,以及確定該子疊層模塊的不平衡結(jié)構(gòu)；將多個子疊層模塊相鄰重疊；將多個子疊層層面相互固定，以形成基本上無翹曲結(jié)構(gòu)；以及依次疊加相對固定的多個子疊層層面，以形成復合疊層結(jié)構(gòu)。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中在該形成步驟中:第一方向是機器方向；以及該銳角在大約10°到大約40°的范圍內(nèi)。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中該銳角大約為25°。
51.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中在形成步驟過程:該第一方向相對于機器方向形成大約60°的偏離；以及該第二方向相對于該機器方向形成大約85°的偏離。
52.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中在重疊過程中，多個子疊層模塊的每個模塊被作為整體定位在第一方向上。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其中多個子疊層模塊的每個模塊的方向便于進行單軸層疊工藝。
54.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中多個子疊層模塊的每個模塊具有在大約0.040毫米到大約0.080毫米的厚度。
55.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中多個子疊層模塊包括十六個子疊層模塊，每個模塊相互重疊和基本上固定以形成均一復合材料。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中該基本上均一的復合材料具有大約2.0毫米的厚度。
57.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中包含在多個子疊層模塊的每個模塊中的每條纖維定位在第一方向或第二方向上。
58.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中，在相鄰重疊多個子疊層模塊的每個模塊的步驟之前還包括如下步驟:將多個子疊層模塊的每個模塊相對于在第二方向上伸展的軸對折，使得:第一層板形成第一和第四層板層；以及第二層板形成第二和第三層板層，其中第三層板層包括在第二方向上伸展的纖維，第四層板層包括在第三方向上伸展的纖維,該第三方向相對于第二方向與第一方向相反。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，其中該多個子疊層模塊包括八個子疊層模塊，每個模塊相互重疊和基本上固定，以形成均一復合材料。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中該基本上均一的復合材料具有大約2.0毫米的厚度。
61.根據(jù)權(quán)利要求61所述的方法，其中在將多個子疊層模塊相鄰重疊的步驟之前，進一步包括將多個子疊層模塊的至少第一子集相對于第一方向旋轉(zhuǎn)90°的步驟。
62.根據(jù)權(quán)利要求61所述的方法，其中在第一子集內(nèi)的多個子疊層模塊的每個模塊的方向便于進行雙軸層疊工藝。
63.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中在依次重疊該相對固定的多個子疊層層面以形成復合疊層結(jié)構(gòu)的步驟之后還包括如下步驟:依次放置一個或多個相互重疊的多個子疊層模塊，以在該復合疊層結(jié)構(gòu)上形成錐形表面，其中依次放置一個或多個子疊層模塊不改變該復合疊層結(jié)構(gòu)的材料成分。
64.—種用于形成復合疊層結(jié)構(gòu)的子疊層模塊,該子疊層模塊包括:第一層板，其包括在第一方向上伸展的纖維；第二層板，其包括在第二方向上伸展的纖維，該第二方向相對于第一方向偏離；以及在第一方向和第二方向之間相對偏離形成一個銳角，該銳角小于30° ,其中該第一層板和第二層板相對固定形成無翹曲結(jié)構(gòu)。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的子疊層模塊，其中該銳角大約為25°。
【文檔編號】B32B5/26GK103429422SQ201180065000
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月12日
【發(fā)明者】史蒂芬·W·蔡, 米歇爾·科格內(nèi), 菲利普·薩尼埃爾 申請人:小利蘭斯坦福大學理事會, 喬馬拉特公司