通過層間金屬板增強(qiáng)的層壓復(fù)合材料彎曲和加固元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的名稱是通過層間金屬板增強(qiáng)的層壓復(fù)合材料彎曲和加固元件。提供彎曲和加固支架并且包含金屬增強(qiáng)板的層壓增強(qiáng)元件，以及制造該元件的方法。在連接位置處的金屬增強(qiáng)板消除了對用于嚙合連接器的額外外部連接增強(qiáng)件的需求。
【專利說明】通過層間金屬板增強(qiáng)的層壓復(fù)合材料彎曲和加固元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及層壓的復(fù)合材料元件的增強(qiáng)。各種實施方式涉及纖維增強(qiáng)的層壓復(fù)合材料加固和彎曲元件。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維增強(qiáng)塑料(“CFRP”)廣泛用于提供具有高的強(qiáng)度與重量比的結(jié)構(gòu)元件。碳纖維增強(qiáng)塑料由包括嵌入有碳纖維的熱固性或熱塑性聚合物(“樹脂”)基體的聚合的復(fù)合材料制造。通過纖維增強(qiáng)的板的層以及隨后將所述板粘合以形成復(fù)合材料元件可以形成CFRP結(jié)構(gòu)元件。這些復(fù)合材料廣泛用于航空器結(jié)構(gòu)，例如，機(jī)體、機(jī)翼以及航空器外殼的其它部件。這些復(fù)合材料可通過復(fù)合材料元件的層之間的薄金屬板增強(qiáng)以便增強(qiáng)元件的結(jié)構(gòu)完整性。
[0003]CFRP也用于形成用于結(jié)構(gòu)比如航空器的彎曲和加固元件。彎曲和加固元件通常是細(xì)長元件，其形成為具有抵抗繞位于截面中的軸彎曲的截面。I截面、T截面和C截面是這些元件的實例。形成層壓CFRP板的這類元件提供了如此元件，其具有沿元件對于彎曲和加固有利的強(qiáng)度。然而，將負(fù)荷在例如與其它元件或部件的連接處施加到這些元件呈現(xiàn)出困難。
[0004]CFRP元件沿著沿包含所述元件的板前進(jìn)的方向提供顯著的強(qiáng)度。然而這些元件經(jīng)過其厚度——從板到板的方向——的強(qiáng)度主要是板間粘結(jié)料的強(qiáng)度和支撐纖維的板的塑料基體的強(qiáng)度。那些強(qiáng)度的量級小于在纖維延伸方向上的纖維增強(qiáng)板的強(qiáng)度。這種較低經(jīng)過厚度的強(qiáng)度在與彎曲和加固元件的連接處呈現(xiàn)出問題。這些連接可通過延伸經(jīng)過開口的常規(guī)連接器，比如螺栓或鉚釘，所述開口在CFRP元件的經(jīng)過厚度的方向上延伸。通過造成形成元件的板脫層(delamination)或者對其內(nèi)嵌入纖維的基體造成損害，由這類連接器施加到CFRP元件的負(fù)荷可損害CFRP元件。這種損害通常出現(xiàn)在負(fù)荷路徑將方向從一個平面改變成相對所述一個平面傾斜的另一個平面的區(qū)域中(例如，當(dāng)從凸緣過渡到輻板(web)時的半徑設(shè)計(radius detail))。
[0005]圖1顯示已知的用于與I截面CFRP元件10連接的增強(qiáng)件。元件10通過兩個分開的大致平行的凸緣14和16形成，凸緣14和16通過在凸緣14和16之間延伸并且與凸緣14和16大致垂直的輻板12連接。圖1圖示了兩個連接增強(qiáng)件——半徑桿塊22和彎頭26。半徑桿塊22和彎頭26從表面17經(jīng)過凸緣16強(qiáng)化與元件10的連接，表面17面向與凸緣14相對的方向。連接器24和28延伸經(jīng)過凸緣16以連接到與表面17相鄰的部件或元件。
[0006]連接器24包括位于半徑桿塊22上的部分以及延伸經(jīng)過半徑桿塊22和凸緣16的另一個部分。鄰近凸緣16與表面17相對的表面放置半徑桿塊22，以將經(jīng)過連接器24施加的任何負(fù)荷分布到凸緣16。連接器28類似地延伸經(jīng)過彎頭26和凸緣16。另外，彎頭26延伸與輻板12相鄰，并且連接器30延伸經(jīng)過彎頭26和輻板12，以額外地增強(qiáng)元件10的凸緣16與輻板12的完整性，并且將負(fù)荷從連接器28轉(zhuǎn)移至輻板12。[0007]半徑桿塊、彎頭以及類似的用于將負(fù)荷施加到CFRP元件的連接增強(qiáng)件提供CFRP元件所需的連接強(qiáng)度。這類連接增強(qiáng)件是在包括與彎曲或加固元件比如元件10的連接的結(jié)構(gòu)組裝期間必須放置和固定的額外部件。這些額外的部件以及將其組裝到結(jié)構(gòu)中所需的工作增加了包含彎曲或加固元件比如元件10的結(jié)構(gòu)的成本，并且增加了組裝那些結(jié)構(gòu)的工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在一個方面，描述了層壓的彎曲和加固元件，其被制造以在沒有外部增強(qiáng)元件比如半徑桿塊和彎頭的情況下支撐通過連接器施加的連接負(fù)荷。
[0009]在另一個方面，描述了層壓的碳纖維增強(qiáng)塑料彎曲和加固元件，其被制造以在沒有外部增強(qiáng)元件的情況下支撐通過嚙合所述元件的連接器施加的負(fù)荷，并且將負(fù)荷轉(zhuǎn)移到與連接器嚙合元件的位置相鄰的元件部分。
[0010]在又另一個方面，描述了層壓的彎曲和加固元件，其包括在所述元件內(nèi)的增強(qiáng)層，所述增強(qiáng)層提供強(qiáng)度以支撐施加到所述元件的負(fù)荷。
[0011]在又另一個方面，提供了制造層壓元件的方法，所述層壓元件的構(gòu)型用于彎曲和加固元件并且包含元件內(nèi)的增強(qiáng)層。
[0012]在額外的方面，提供了制造層壓元件的方法，所述層壓元件的構(gòu)型用于彎曲和加固元件并且提供強(qiáng)度以便在沒有外部增強(qiáng)件比如半徑桿塊和彎頭的情況下將負(fù)荷從連接器轉(zhuǎn)移至所述元件。
[0013]在又額外的方面，描述了將金屬板形成為CFRP元件的一部分一連接器在此嚙合所述元件一的形狀，以及將金屬板層壓至CFRP元件中以增強(qiáng)所述元件。
[0014]在又另一個方面，描述了將金屬板形成為CFRP元件的一部分一連接器在此嚙合所述元件一的形狀和CFRP元件的一個或多個相鄰部分的形狀，以及將金屬板層壓至CFRP元件中以在連接器位置處增強(qiáng)元件并且增強(qiáng)到CFRP元件的相鄰部分的過渡。
[0015]根據(jù)本公開內(nèi)容的又另一個方面，公開了制造具有用于支撐彎曲的截面形狀并且具有局部連接增強(qiáng)的層壓細(xì)長元件的方法，所述方法包括:將一個或多個金屬板形成為元件的一個或多個選擇部分的形狀；將一個或多個金屬板放置在可固化柔性層片之間以形成分層組件；和將所述組件固化以形成增強(qiáng)元件；其中可固化柔性層片包括碳纖維并且所述層片用粘合劑基體浸潰。
[0016]其中金屬板由鈦形成；其中形成金屬板的步驟包括將兩個或更多金屬板形成為元件的選擇部分的形狀；并且放置金屬板的步驟進(jìn)一步包括將粘膜施加到第一金屬板的表面并且將第二金屬板與粘膜相鄰放置；其中形成金屬板的步驟包括將兩個或更多金屬板形成為元件的選擇部分的形狀；并且放置金屬板的步驟進(jìn)一步包括將兩個或更多金屬板彼此相鄰放置，其中相鄰金屬板之間具有一個或多個層片；其中放置步驟進(jìn)一步包括將金屬板放置在第一可固化層片和第二可固化層片之間，和將第三可固化層片與金屬板邊緣相鄰放置并且從第一可固化層片和第二可固化層片之間的金屬板延伸；其中形成一個或多個金屬板的步驟包括形成所述板以從細(xì)長元件的凸緣部分延伸至細(xì)長元件的相鄰輻板部分；并且，其中形成金屬板的步驟包括形成兩個或更多板，每個板形成以延伸從細(xì)長元件的凸緣部分的外緣沿著該凸緣部分至細(xì)長元件的相鄰輻板部分的凸緣距離，并且金屬板隨后從細(xì)長元件的凸緣部分沿細(xì)長元件的輻板部分延伸輻板距離，隨著金屬板的凸緣距離增加，金屬板的輻板距離也增加，并且放置兩個或更多金屬板的步驟包括將具有較長凸緣距離的金屬板與具有較短凸緣距離的板相鄰放置，使得與具有較短凸緣距離和輻板距離的相鄰金屬板相t匕，具有較長凸緣距離的金屬板從細(xì)長元件的凸緣部分的外緣更遠(yuǎn)地延伸，并且隨后沿細(xì)長元件的輻板部分更遠(yuǎn)地延伸。
[0017]根據(jù)本公開內(nèi)容的又另一個方面，公開了制造具有用于支撐彎曲的截面形狀并且具有局部連接增強(qiáng)的層壓細(xì)長元件的方法，所述方法包括:將一個或多個金屬板形成為元件的一個或多個選擇部分的形狀；將一個或多個金屬板放置在可固化柔性層片之間以形成第一分層組件；將可固化柔性層片彼此相鄰放置以形成第二分層組件；將第一分層組件與第二分層組件相鄰且接觸放置，和將第一分層組件和第二分層組件固化以形成增強(qiáng)元件。
[0018]其中形成金屬板的步驟包括將兩個或更多金屬板形成為第一分層組件的選擇部分的形狀；并且放置金屬板的步驟進(jìn)一步包括將兩個或更多金屬板彼此相鄰放置，其中相鄰金屬板之間具有一個或多個層片；并且，其中形成一個或多個金屬板的步驟包括形成所述板以從第一分層組件的凸緣部分延伸至第一分層組件的相鄰輻板部分；其中形成金屬板的步驟包括形成兩個或更多板，每個板形成以延伸從細(xì)長元件的凸緣部分的外緣沿著該凸緣部分至細(xì)長元件的相鄰輻板部分的凸緣距離，并且金屬板隨后從細(xì)長元件的凸緣部分沿細(xì)長元件的輻板部分延伸輻板距離，隨著金屬板的凸緣距離增加，金屬板的輻板距離也增力口，并且放置兩個或更多金屬板的步驟包括將具有較長凸緣距離的金屬板放置與具有較短凸緣距離的板相鄰，使得與具有較短凸緣距離和輻板距離的相鄰金屬板相比，具有較長凸緣距離的金屬板從細(xì)長元件的凸緣部分的外緣更遠(yuǎn)地延伸，并且隨后沿細(xì)長元件的輻板部分更遠(yuǎn)地延伸。
[0019]根據(jù)本公開內(nèi)容的又另一個方面，公開了具有用于支撐彎曲的截面形狀的增強(qiáng)的層壓細(xì)長元件，其包括:多個形成具有截面形狀的細(xì)長元件的可固化層片的層，所述截面形狀支撐繞位于所述截面中的軸的彎曲；和在細(xì)長元件中的層片之間的一個或多個形成的金屬板；并且所述可固化層片與在其間的金屬板一起固化以形成單一元件。
[0020]其中開口在元件包括金屬板的位置處延伸經(jīng)過元件，所述開口(孔)被設(shè)定尺寸以接收通過元件的連接器；其中可固化層片包括碳纖維，并且所述層片用粘合劑基體浸潰；其中一個或多個金屬板由鈦形成；其中形成的金屬板從增強(qiáng)元件的凸緣部分延伸至增強(qiáng)元件的相鄰輻板部分；其中形成的金屬板包括兩個或更多金屬板，每個板形成以延伸從增強(qiáng)的層壓元件的凸緣部分的外緣沿著該凸緣部分至增強(qiáng)的層壓元件的相鄰輻板部分的凸緣距離，并且金屬板隨后從增強(qiáng)的層壓元件的凸緣部分沿增強(qiáng)的層壓元件的輻板部分延伸輻板距離，隨著金屬板的凸緣距離增加，金屬板的輻板距離也增加，并且兩個或更多金屬板被放置在增強(qiáng)的層壓元件內(nèi)，使得具有較長凸緣距離的金屬板與具有較短凸緣距離的金屬板相鄰，并且與具有較短凸緣距離和輻板距離的相鄰金屬板相比，具有較長凸緣距離的金屬板從增強(qiáng)的層壓元件的凸緣部分的外緣更遠(yuǎn)地延伸，并且隨后沿增強(qiáng)的層壓元件的輻板部分更遠(yuǎn)地延伸；和，其中所述元件包括T形元件、I形元件、C形元件和帽形元件中的一種。
[0021]已經(jīng)討論的特征、功能和優(yōu)勢可以在本公開的各實施方式中獨立地實現(xiàn)，或可以在另外其它實施方式中組合，參考下面的描述和附圖可見進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
[0022]附圖簡述[0023]圖1圖解具有用于連接增強(qiáng)的半徑桿塊和彎頭的現(xiàn)有技術(shù)I截面元件。
[0024]圖2顯示可體現(xiàn)本發(fā)明的彎曲和加固元件。
[0025]圖3是C形截面的凸緣和一部分相鄰輻板的截面。
[0026]圖4是C形截面的凸緣和一部分相鄰輻板的另一種構(gòu)型的截面。
[0027]圖5是C形元件以及用于制造所述元件的鋪疊形式的透視圖。
[0028]圖6是T形截面的截面。
[0029]圖7是圖6所示的T形截面的部件的截面。
[0030]圖8是由所述元件的部件形成的I形元件以及用于制造所述元件的鋪疊形式的透視圖。
[0031]圖9是用于元件的焊接的T形金屬增強(qiáng)件的截面。
[0032]圖10是包含圖9所示的增強(qiáng)件的T形元件的截面。
[0033]圖11是用于層壓元件的擠壓的T形金屬增強(qiáng)件的截面。
[0034]圖12是包含圖11所示的增強(qiáng)件以及進(jìn)一步增強(qiáng)件的層壓T形元件的截面。
【具體實施方式】
[0035]描述的實施方式涉及支撐由層壓元件施加的負(fù)荷，包括通過連接器施加的負(fù)荷。具體而言，描述了由層壓的纖維增強(qiáng)板并且通過薄金屬板形成的彎曲和加固元件。金屬板可以在彎曲和加固元件內(nèi)連接器延伸經(jīng)過所述元件的位置處提供。薄金屬板從連接器延伸以加強(qiáng)層壓的彎曲或加固元件來承載通過連接器施加的負(fù)荷。
[0036]現(xiàn)將在下文中參考附圖更充分地描述各實施方式，附圖中顯示了這些實施方式。然而，各種實施方式可以以許多不同的形式體現(xiàn)，并且不應(yīng)被解讀為限制于本文提出的實施方式。相反地，這些實施方式是具有權(quán)利要求所指出的全部范圍的實例。同樣的參考數(shù)字在全文中指同樣的元件。
[0037]圖2顯示具有可通過層壓的碳纖維增強(qiáng)板形成的不同截面的四種彎曲和加固元件。元件32是具有C形截面的元件，和元件34是具有帽形截面的元件。元件36是具有I形截面的元件，和元件38是具有T形截面的元件。元件32和34可形成為單個部件，如下面描述的。元件36和38可由多個部件形成，也如下面描述的。
[0038]圖3是具有C形截面的元件比如元件32的部分40的截面。圖3顯示沿凸緣方向從外側(cè)48延伸至輻板部分44的凸緣42，其中部分40彎曲大約90度，使得輻板部分44大致垂直于凸緣42延伸至輻板部分46，其從部分44的方向并沿著部分44的方向繼續(xù)。
[0039]部分42、44和46包含碳纖維增強(qiáng)層片66的層。碳纖維增強(qiáng)層片66從凸緣42的外側(cè)48延伸經(jīng)過凸緣42、經(jīng)過輻板部分44并且繼續(xù)經(jīng)過輻板部分46。CFRP層片66 (也被稱作可固化柔性層片)在0.005和0.010英寸厚之間，并且可以是帶子或織物，并且還可用熱固性或熱塑性粘合劑基體浸潰。凸緣42和輻板部分44還包含鈦板68，其從外側(cè)48沿凸緣42延伸并且延伸到輻板部分44中。鈦板68 (也被稱作金屬板)在0.004和0.020英寸厚之間。該厚度范圍為CFRP板提供有利的層壓。鈦板68隨著所述元件彎曲以經(jīng)過凸緣42并且沿輻板部分44延伸。如圖3所示，每個鈦板68被至少放置在兩個碳纖維增強(qiáng)層片66之間并且經(jīng)過凸緣42延伸到輻板部分44中。鈦板68隨著其與外側(cè)48的距離增加而沿著輻板44從凸緣42延伸漸進(jìn)地更大的距離。隨著距凸緣42的距離增加，因為所述位置處鈦板68的數(shù)量減少，所以輻板部分44沿凸緣方向的寬度降低。因為輻板部分46僅由碳纖維增強(qiáng)層片66組成，所以其寬度保持恒定。
[0040]圖4是C形截面比如元件32的部分50的截面。圖4顯示從外側(cè)48沿凸緣方向延伸到輻板部分74的凸緣42，其中所述元件彎曲大約90度，使得輻板部分74與凸緣42大致垂直地延伸到輻板部分76，其從部分74的方向并沿著部分74的方向繼續(xù)。部分42、74和76包含從外側(cè)延伸經(jīng)過凸緣42、輻板部分74和輻板部分76的碳纖維增強(qiáng)層片66的層壓層。如圖4所示，鈦板68從外側(cè)48延伸經(jīng)過凸緣42和輻板部分74。鈦板608隨著部分50彎曲以沿輻板部分74遠(yuǎn)離凸緣42延伸。鈦板68隨著其與外側(cè)48的距離增加而從凸緣42沿輻板74延伸漸進(jìn)地更大的距離。在鈦板68沿輻板部分74最遠(yuǎn)程度附近開始，碳纖維增強(qiáng)層片66與鈦板78相鄰放置并且沿輻板部分74和76延伸。如圖4所示，形成部分凸緣42和輻板部分74的碳纖維增強(qiáng)層片66從外側(cè)48延伸經(jīng)過凸緣42、輻板部分74并且繼續(xù)經(jīng)過輻板部分76。隨著距凸緣42的距離增加，由于碳纖維層片66從鈦板68繼續(xù)沿凸緣部分74和76延伸，所以輻板部分74保持大約相同的寬度。
[0041]圖3所示的部分40的鈦板68被放置在兩個碳纖維增強(qiáng)層片66之間。圖4所示的部分50的鈦板68放置與一個或多個鈦板68相鄰。在圖4所示的部分50的相鄰鈦板68之間施加粘膜。
[0042]圖5顯示放置在形成的支架78內(nèi)的C形通道元件32，所述支架78被成形以支撐元件32。元件32是可由碳纖維增強(qiáng)層片66和鈦板68形成的層壓元件。元件32通過鋪疊工藝在支架78中形成。鈦板68被形成為圖3和4所示的彎曲構(gòu)型，并且隨后除油(degrease)。隨后對鈦板應(yīng)用溶膠-凝膠過程。如果需要任意持續(xù)時間的儲存，則將底漆層施加至彎曲鈦板。如上所述，碳纖維增強(qiáng)層片66和彎曲鈦板68彼此相鄰放置在形成的支架78中。鋪疊工藝包括施加用于在相鄰層片66之間形成增強(qiáng)的層片66的粘合劑。對于諸如圖4所示的部分50的構(gòu)型——其中鈦板彼此相鄰，在相鄰鈦板68之間施加粘膜。在將層片66和鈦板68鋪疊到上述構(gòu)型之后，其在適當(dāng)?shù)纳邷囟认虏⑶以谥車鷫毫ο卤徽婵昭b袋并固化，以將層片66的樹脂固化并且將層片66與鈦板68粘合。固化工藝產(chǎn)生單一復(fù)合材料元件。
[0043]圖6顯示CFRP元件80的截面，其形成具有連接到輻板84的凸緣的T形部分。凸緣82在從第一外側(cè)92至第二外側(cè)94的寬度方向上延伸。凸緣82形成從第一外側(cè)92延伸到第二外側(cè)94的頂表面96。福板84從凸緣82與凸緣頂表面96相對地延伸。
[0044]T形元件80由四個部件形成:外部凸緣部分102、兩個成角部分104和106、以及間隙填充面條狀物(noodle) 108。外部凸緣部分102從第一外側(cè)92延伸至第二外側(cè)94并且從凸緣頂表面96延伸以形成從凸緣頂表面96朝輻板84延伸的一部分凸緣82。成角部分104具有凸緣部分112，其形成從第一外側(cè)92延伸到輻板84的凸緣82的部分，并且隨后彎曲以從凸緣82與凸緣頂表面96相對地延伸來形成輻板84的部分。凸緣部分112與外部凸緣部分102相鄰，使得凸緣部分112與外部凸緣部分102共同形成與第一外側(cè)92相鄰的凸緣。成角部分106具有凸緣部分122，其形成從第二外側(cè)94延伸到輻板84的凸緣82的部分，并且隨后彎曲以從凸緣82與凸緣頂表面96相對地延伸來形成輻板84的部分。凸緣部分122與外部凸緣部分102相鄰，使得凸緣部分122與外部凸緣部分102共同形成與第二外側(cè)94相鄰的凸緣。成角部分104和106與鄰近凸緣外部部分102彼此匯合(meet)，并且彼此相鄰地延伸以形成輻板84。凸緣外部部分102和成角部分104和106在與成角部分彎曲相鄰的位置處束縛空穴。面條狀物108與凸緣外部部分102以及成角部分104和106相鄰以填充該空穴。面條狀物108可由粘合劑填料或粘合劑填料與壓制纖維組合形成?？蛇x地，面條狀物可由低密度泡沫形成。
[0045]外部凸緣部分102由碳纖維增強(qiáng)層片66的層壓層形成。CFRP層片66在0.005和
0.010英寸厚之間，并且可以是帶子或織物，并且用熱固性或熱塑性粘合劑基體浸潰。
[0046]成角部分104和106由碳纖維增強(qiáng)層片66的層壓層形成，并且在形成部分凸緣82的區(qū)域和輻板84的區(qū)域中，也由鈦板68形成。鈦板68在0.004”和0.020”厚之間。該厚度范圍為CFRP板提供有利的層壓。如圖6和7所示，鈦板68從第一外側(cè)92和第二外側(cè)94延伸并且分別經(jīng)過成角部分104和106的凸緣部分112和122。鈦板68隨著成角部分104和106彎曲以沿輻板84遠(yuǎn)離凸緣82延伸。鈦板68分別在過渡區(qū)域114和124中從凸緣112和122延伸。成角部分104和106的碳纖維增強(qiáng)層片66分別從第一外側(cè)92和第二外側(cè)94延伸，分別經(jīng)過凸緣部分112和122，并且隨后分別經(jīng)過過渡部分114和124進(jìn)入輻板84的部分116和126中。如顯示的，成角部分104和106的每個鈦板68放置在兩個碳纖維增強(qiáng)層片66之間。
[0047]如圖6和7所示，鈦板68延伸通過凸緣部分112和122。在每個成角元件104和106內(nèi)，鈦板68隨著其與第一外側(cè)92和第二外側(cè)94的距離分別增加而從凸緣82沿輻板84延伸漸進(jìn)地更大的距離。此外，對于距第一外側(cè)92以及第二外側(cè)94相同距離的鈦板68，鈦板68從凸緣82沿輻板84延伸的距離相同，以便產(chǎn)生圖6所示的對稱構(gòu)型，其中最長的鈦板68放置在輻板84的中間。如圖6和7所示，分別形成成角部分104和106的碳纖維增強(qiáng)層片66分別從第一外側(cè)92和第二外側(cè)94延伸經(jīng)過凸緣部分112和122，分別經(jīng)過過渡部分114和124，并且繼續(xù)經(jīng)過輻板部分116和126。隨著與凸緣82的距離增加，因為所述位置處鈦板的數(shù)量降低，所以輻板84沿著第一外側(cè)92和第二外側(cè)94之間的方向的寬度降低。在僅由碳纖維增強(qiáng)層片66組成的輻板部分116和126中，輻板84的寬度保持恒定。
[0048]T形元件80可通過共膠接(共粘合，co-bonding)工藝制造。通過鋪疊碳纖維增強(qiáng)板66以形成外部凸緣部分102并隨后將所述部分預(yù)固化，預(yù)固化外部凸緣部分102。通過將鈦板68形成為如上所述并且如圖6和7所示的構(gòu)型，可制造兩個成角部分104和106。如上通過參考C形通道元件32所述地，制備鈦板。隨后預(yù)固化兩個成角部分104和106以形成元件80的單獨部件。預(yù)固化的外部凸緣部分102、成角部分104和106以及面條狀物108被組裝并真空裝袋。組件隨后在升高溫度和壓力的高壓釜中固化，以形成單一復(fù)合材料元件。
[0049]圖8顯示了如上所述由多個預(yù)固化部件形成元件的備選方案。圖8顯示由兩個C形元件132和兩個外部凸緣部分102形成的I截面元件36。每個元件132與如上所述的元件32類似地形成。在工具144周圍各自形成兩個C形元件132，使得每個元件132的輻板134以及凸緣136和138與工具144相鄰，而不是支架諸如在其內(nèi)形成元件的支架78。輻板134的表面朝向與工具144相對。元件132彼此相鄰放置，使得朝向與工具144相對的每個元件的表面與其它元件132的輻板134的相對朝向表面相鄰。面條狀物108與在相對延伸的凸緣136和138之間的元件132相鄰放置。外部凸緣部分102由碳纖維增強(qiáng)層片66形成，并且與相對延伸的凸緣136和138相鄰放置。組件被真空裝袋并且在升高溫度和壓力的高壓釜中固化。該過程僅需要一個固化步驟以形成單一復(fù)合材料元件。[0050]圖9和10顯示了 T截面的可選結(jié)構(gòu)，其可將T形元件或輻板形成至I形元件的凸緣部分。圖9顯示焊接的鈦T部分150的截面。T部分150由板152和156形成。如圖9所示，板152從末端151延伸到末端152。板156從末端155延伸到末端157。放置板156，使得末端155與末端151和153之間位置處的板152相鄰，并且板156大致垂直于板152延伸。板156在末端155處被焊接到板152。
[0051]圖10顯示包括T部分150的T形元件170的截面。外部凸緣部分102與朝向和板156相對的板152的表面相鄰地從末端151延伸到末端153。外部凸緣部分102由碳纖維增強(qiáng)層片66的層壓層形成。成角部分172和182分別從末端151和153與朝向和外部凸緣部分102相對的板152的表面相鄰地延伸到板156。成角部分172和182包括凸緣部分174和184，其分別從末端151和153延伸到板156并且分別彎曲以形成過渡部分176和186，其沿著板156大致垂直于板152并且遠(yuǎn)離板152延伸。成角部分172和182與上述成角部分104和106類似地由碳纖維增強(qiáng)層片66的層形成，并且也由鈦板68形成?？拷?56的過渡部分176和186中的鈦板68沿著板156的方向延伸一定距離，該距離大于鈦板68從板156更遠(yuǎn)延伸的距離。在將板156焊接到板152的位置處，將面條狀物108放置在板156的任一側(cè)上，以便填充板152，156與成角部分172和182之間的空穴。成角部分172和182的碳纖維增強(qiáng)層片66從鈦板68延伸以形成碳纖維增強(qiáng)部分192。T形元件170可形成為單個元件，使得其可被真空裝袋，并且在升高溫度和壓力的高壓釜中固化，以在單個步驟中固化來形成單一元件。
[0052]圖11和12顯示了 T截面的可選結(jié)構(gòu)，其可將T形元件或輻板形成至I形元件的凸緣部分。圖11顯示元件210，其具有類似于圖9所示的T部分150的T形截面。T部分210被擠壓為單個元件，其形成大致平坦的凸緣板212、與凸緣板212垂直延伸的大致平坦的輻板板216、和在凸緣板212和板216之間的過渡部分214。
[0053]圖12顯示包括T部分210的T形元件220的截面。元件220與通過圖10顯示并且在上面描述的元件170類似。元件220包括具有過渡部分214的元件210,所述過渡部分214形成以符合元件220的相鄰成角部分222和232。由成角部分222和232以及元件210沒有形成空穴，因此不需要面條狀物108來填充空穴。單個鈦板68延伸經(jīng)過成角部分222和232。輻板部分242包括碳纖維增強(qiáng)層片66，其放置在該部分的相對朝向表面上，以從成角部分222和232延伸。T形元件220可形成為單個元件，使得其可被真空裝袋并且在升高溫度和壓力的高壓釜中固化，以在單個步驟中固化來形成單一元件。
[0054]在根據(jù)本發(fā)明形成元件之后，在已經(jīng)放置鈦板用于接收螺栓或其它連接器的位置處通過元件鉆孔。
[0055]本發(fā)明沒有限于使用任何特定形狀部分。本發(fā)明可適合于各種結(jié)構(gòu)元件，并且可根據(jù)本發(fā)明以常規(guī)結(jié)構(gòu)形狀以外的形式制造元件。此外，層壓金屬板的數(shù)量、形狀、尺寸和厚度可變化以達(dá)到期望的強(qiáng)度。類似地，形成板的金屬以及形成纖維增強(qiáng)板的材料可以是實施方式描述之外的。
【權(quán)利要求】
1.制造具有用于支撐彎曲的截面形狀并且具有局部連接增強(qiáng)的層壓細(xì)長元件(10)的方法，所述方法包括: 將一個或多個金屬板(68)形成為元件的一個或多個選擇部分的形狀； 將所述一個或多個金屬板(68)放置在可固化柔性層片(66)之間以形成分層組件；和 將所述組件固化以形成增強(qiáng)元件。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述可固化柔性層片(66)包括碳纖維，并且所述可固化柔性層片(66)用粘合劑基體浸潰。
3.任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述金屬板(68)由鈦形成。
4.任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中 所述形成金屬板(68)的步驟包括將兩個或更多金屬板(68)形成為所述元件的選擇部分的形狀；和 所述將所述金屬板(68)放置的步驟進(jìn)一步包括將粘膜施加到第一金屬板(68)的表面并且將第二金屬板(68)與所述粘膜相鄰放置。
5.權(quán)利要求1所述的方法，其 中 所述形成金屬板(68)的步驟包括將兩個或更多金屬板(68)形成為所述元件的選擇部分的形狀；和 所述放置所述金屬板(68)的步驟進(jìn)一步包括將所述兩個或更多金屬板(68)彼此相鄰放置，其中相鄰金屬板(68)之間具有一個或多個可固化柔性層片(66)。
6.任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中 所述放置步驟進(jìn)一步包括將金屬板(68)放置在第一可固化柔性層片(66)和第二可固化柔性層片(66)之間，和將第三可固化柔性層片(66)與所述金屬板(68)的邊緣相鄰放置并且從所述第一可固化柔性層片(66)和所述第二可固化柔性層片(66)之間的所述金屬板(68)延伸。
7.任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中 所述形成一個或多個金屬板(68)的步驟包括形成所述金屬板(68)以從所述細(xì)長元件的凸緣部分延伸至所述細(xì)長元件的相鄰輻板部分。
8.權(quán)利要求7所述的方法，其中 所述形成金屬板(68)的步驟包括形成兩個或更多金屬板(68)，每個金屬板(68)形成以延伸從所述細(xì)長元件的所述凸緣部分的外緣沿著該凸緣部分至所述細(xì)長元件的所述相鄰輻板部分的凸緣距離，并且所述金屬板(68)隨后從所述細(xì)長元件的所述凸緣部分沿所述細(xì)長元件的所述輻板部分延伸輻板距離，隨著所述金屬板(68)的所述凸緣距離增加，所述金屬板(68)的所述輻板距離也增加，并且 所述放置所述兩個或更多金屬板(68)的步驟包括將具有較長凸緣距離的金屬板(68)放置與具有較短凸緣距離的金屬板(68)相鄰，使得與具有較短凸緣距離和輻板距離的相鄰金屬板(68)相比，具有較長凸緣距離的金屬板(68)從所述細(xì)長元件的所述凸緣部分的所述外緣更遠(yuǎn)地延伸，并且隨后沿所述細(xì)長元件的所述輻板部分更遠(yuǎn)地延伸。
9.具有用于支撐彎曲的截面形狀的增強(qiáng)的層壓細(xì)長元件(10)，其包括: 多個形成具有截面形狀的所述細(xì)長元件的可固化柔性層片(66)的層，所述截面形狀支撐繞位于所述截面中的軸的彎曲；和在所述細(xì)長元件中的可固化柔性層片(66)之間的一個或多個形成的金屬板(68);并且 所述可固化柔性層片(66)與在其間的所述金屬板(68) —起固化，以形成單一元件。
10.權(quán)利要求9所述的增強(qiáng)的層壓元件(10)，其中開口在所述元件包括所述金屬板(68)的位置處延伸經(jīng)過所述元件，所述開口被設(shè)定尺寸以接收通過所述元件的連接器。
11.權(quán)利要求9至10中任一項所述的增強(qiáng)的層壓元件(10)，其中所述可固化柔性層片(66)包括碳纖維，并且所述可固化柔性層片(66)用粘合劑基體浸潰。
12.權(quán)利要求9至11中任一項所述的增強(qiáng)的層壓元件(10)，其中所述一個或多個金屬板(68)由鈦形成。
13.權(quán)利要求9至12中任一項所述的增強(qiáng)的層壓元件(10)，其中所述形成的金屬板(68)從所述增強(qiáng)元件的凸緣部分延伸至所述增強(qiáng)元件的相鄰輻板部分。
14.權(quán)利要求13所述的增強(qiáng)的層壓元件(10)，其中所述形成的金屬板(68)包括兩個或更多金屬板(68)，每個金屬板(68)形成以延伸從所述增強(qiáng)的層壓元件的所述凸緣部分的外緣沿著該凸緣部分至所述增強(qiáng)的層壓元件的所述相鄰輻板部分的凸緣距離，并且所述金屬板(68)隨后從所述增強(qiáng)的層壓元件的所述凸緣部分沿所述增強(qiáng)的層壓元件的所述輻板部分延伸輻板距離，隨著所述金屬板(68)的凸緣距離增加，所述金屬板(68)的所述輻板距離也增加，并且所述兩個或更多金屬板(68)被放置在所述增強(qiáng)的層壓元件內(nèi)，使得具有較長凸緣距離的金屬板(68)與具有較短凸緣距離的金屬板(68)相鄰，并且與具有較短凸緣距離和輻板距離的相鄰金屬板(68)相比，具有較長凸緣距離的所述金屬板(68)從所述增強(qiáng)的層壓元件的所述凸緣部分的所述外緣更遠(yuǎn)地延伸，并且隨后沿所述增強(qiáng)的層壓元件的所述輻板部分更遠(yuǎn)地延伸。
15.權(quán)利要求9至14中任一項所述的增強(qiáng)的層壓元件(10)，其中所述元件包括T形元件、I形元件、C形元件和帽形元件中的一種。
【文檔編號】B32B1/04GK103568446SQ201310314442
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月25日
【發(fā)明者】T·C·威滕伯格 申請人:波音公司