承载复合结构的包覆模制制造技术

一种用于连接到支撑本体或结构的承载复合结构。所述承载结构包括由连续的增强纤维和树脂基体构成的承载元件。所述承载元件具有用来连接到所述支撑本体的附接部分。所述承载复合结构还包括用模制材料形成的连接元件。所述模制材料由不连续纤维和树脂基体组成。所述模制材料模制包覆所述承载元件的附接部分的表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】承载复合结构的包覆模制
本专利技术总体上涉及用在承载应用场合中的复合结构。更具体地说，本专利技术的目标 是增强承载复合结构的被连接到也参与承载载荷的本体或子结构的那部分。
技术介绍
复合材料一般包括作为两个基本组成部分的纤维和树脂基体。复合材料一般具有 相当高的强度重量比。结果，复合材料不断地用在苛刻环境中，诸如用在航空航天领域中， 在这个领域中，复合部件的高强度和较轻的重量是特别重要的。 在很多承载复合结构或元件中使用的纤维是单向的而且是连续的。当承载结构相 对于该结构的宽度和厚度来说较长时，这种单向纤维是特别有用的。翼杆、支柱、连杆、框 架、间断件、梁、表皮、面板、喷气发动机叶片和扇叶是各种飞机结构的例子，这些结构可能 较长，并被设计用来承载非常大的负载。 主要的设计考虑涉及决定如何将承载结构或元件附接到飞机主体或其他支撑结 构上。总的来说，承载结构在沿着其上一个或多个位置处用螺栓连接或者其他方式牢固地 附接到飞机本体。结构结合部所需的精密配合经常要求对邻接部件的接触表面进行机械加 工。这对于用单向复合材料制造的承载结构来说存在问题，因为这种材料难以在不产生层 间（两个单向层）裂纹的情况下进行机械加工，层间裂纹会导致疲劳断裂。另一个问题是， 为了在结构上有效，承载结构经常需要与基于由承载结构承载的主要的整体负载沿着一个 方向取向的大多数纤维是正交各向异性的。然而，通过多方向的纤维取向（诸如准各向同 性层压件）能够更好地处理由螺栓结合所产生的承载应力。用多方向层来局部增强承载结 构以处理承载应力是设计挑战，而且耗费时间、费用高，曾在制造中用过。 解决由于机械加工而变弱的承载结构所产生的问题的一种方法是，在连接位置处 向整个结构添加更多的单向纤维的多方向层。然而，为了提高局部承载强度而必须添加的 单向纤维材料的数量会显著增加承载结构的重量和大小。 诸如金属支架和套筒等其他增强系统业已用来增加承载结构在机械加工过的连 接或附接点处的强度。然而，这些类型的增强趋于庞大、沉重而且昂贵。此外，使用金属支 架和套筒会在连接部位处生成局部应力点，这些局部应力点会对结合部的长期强度有不利 影响。 虽然现在正用于加强单向纤维承载元件和飞机支撑结构之间的连接点的增强系 统是够用的，但是，仍不断需要开发改进的连接增强装置，这些连接增强装置尽可能地轻、 小，同时仍在连接部位处提供足够的结构强度。
技术实现思路
根据本专利技术，发现了增强单向纤维承载结构上的连接部位的一种特别有效的方 式，其是用包括不连续纤维和树脂基体的结构模制材料包覆模制连接部位。发现了所得到 的由单向纤维元件和包覆模制的连接元件构成的复合结构在承载结构和飞机本体之间提 供了强度极大的连接。连接元件通过压缩模制法模制，因此，其所有表面都受到用于此工艺 的闭合模具控制，这对于确保与邻接结构的紧密连接是非常希望的。另外，包覆模制的连接 元件可以进行机械加工，以提供各种连接取向以及甚至更紧密的公差，而不会牺牲连接元 件的结构强度，这是因为，不同于单向纤维复合物，不连续的纤维模制材料不容易由于机械 加工而分层。 根据本专利技术，提供了一种用于连接到支撑本体或结构的复合结构。所述复合结构 包括由连续的增强纤维和树脂基体组成的承载元件。所述承载元件具有用来连接到所述支 撑本体的附接部分。所述复合结构还包括由不连续纤维和树脂基体构成的连接元件。模制 材料包覆所述承载元件的附接部分的表面模制。 作为本专利技术的一个特征，所述承载元件的附接部分的表面积包括孔或缺口，该孔 或缺口有效地增加了连接元件模制包覆的表面积。发现了在模制过程中模制材料的不连续 纤维和树脂基体流进孔或缺口中，提供了承载元件和连接元件之间特别有效的互锁。 作为本专利技术的进一步特征，连接元件可进行机械加工以包括孔和其他安装表面， 而不会明显减小连接元件的强度，因此不会干扰承载元件。机械加工连接元件的能力是由 于不连续纤维的随机取向，这与在承载元件中使用的连续纤维是相反的。 本专利技术还涵盖了用于制造包覆模制复合结构的方法以及用于将复合结构连接到 诸如飞机本体或其他航空航天支撑本体的方法。另外，本专利技术涵盖了组装后的复合结构和 支撑本体。具体地说，包括其中附接的复合结构的飞机和其他航空航天飞行器被本专利技术所 涵盖。 本专利技术的上面所描述的和许多其他的特征以及伴随的优点，通过结合附图参见下 文详细描述而得以更好的理解。 【附图说明】 图1描绘的是用于连接到支撑本体或结构的根据本专利技术的示例性性复合结构。 图2示出了承载元件端部的细节。连接元件以虚线示出。 图3是图2的剖视图，示出了穿过承载元件端部的孔的细节，该孔在将连接元件模 制到承载元件的过程中用不连续纤维和树脂填满。 图4是图2的剖视图，示出了示出了在承载元件端部中的槽的细节，该槽在模制过 程中用不连续纤维和树脂填满。 图5是图1的剖视图，示出了安装孔的细节，该安装孔延伸穿过连接元件的第二部 分，用于将复合结构连接到支撑本体或支撑本体上的支架或其他连接器。 图6示出的是一个示例性复合结构，其中，连接元件已机械加工过或模制过以提 供支撑本体或用于支撑本体的连接器插入其中的开口。 图7示出的是一个示例性组件，其中，连接元件安装在支撑本体的缺口或用于支 撑本体的连接器内。 图8示出的是一个示例性的简化的模具，该模具被示出使用承载元件中的缺口保 持就位。 【具体实施方式】 根据本专利技术的一个示例性复合结构在图1中总体上以10表示。复合结构10包 括承载元件12和连接元件14。连接元件14包括模制包覆承载元件12的第一部分16。连 接元件14还包括第二部分18,第二部分18包括用于将复合结构10连接到飞机支撑结构或 本体的孔20。示例性的承载元件包括翼杆、螺旋桨叶片、支柱、地板梁、包括阻挡门连杆的各 种连杆、框架、间断件、梁、表皮、面板、包括外部引导扇叶和风扇叶片的喷气发动机叶片和 扇叶。 如图2所示，承载元件12包括附接部分22,连接元件（虚线所示）模制包覆该附 接部分。为了增加可以用于粘合到连接元件14的表面积，并且也为了将连接元件锁定到承 载元件，使附接部分22增加增强表面。例如，在附接部分22中提供孔26和28。孔26和 28不仅增加了可用于连接元件14和附接部分22之间的粘合的表面积，而且还提供了将连 接元件14锁定到附接部分22的有效途径。 图3是图2的剖视图，其示出为了在承载元件和连接元件之间提供牢固的锁定机 构，用来形成连接元件的模制材料的不连续纤维和树脂完全地流动经过孔或开口 28。 另一个示例性类型的粘合增强表面是槽30,如图2所示。槽30以与孔26和28相 同的方式起作用，不仅增加了可用于连接元件14和附接部分22之间的粘合的表面积，而且 该槽还提供了将承载元件锁定到连接元件的另一种有效途径。图4是图2的剖视图，其示 出为了在承载元件和连接元件之间提供牢固的锁定机构，以及提供用于在所述两个元件之 间粘合的附加的表面积，用来形成连接元件的模制材料的不连续纤维和树脂完全地流进槽 30中。 置于附接部分中以提供粘合增强表面的孔和槽的数量，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于连接到支撑本体的复合结构，所述复合结构包括：承载元件，所述承载元件包括连续的增强纤维和树脂基体，所述承载元件具有用来连接到所述支撑本体的附接部分，所述附接部分包括具有表面积的表面；和连接元件，所述连接元件包括树脂基体中的不连续纤维，其中，所述连接元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分是包覆所述承载元件的附接部分的表面模制的，所述第二部分用于连接到所述支撑本体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.15 US 13/471,4921. 一种用于连接到支撑本体的复合结构，所述复合结构包括： 承载元件，所述承载元件包括连续的增强纤维和树脂基体，所述承载元件具有用来连 接到所述支撑本体的附接部分，所述附接部分包括具有表面积的表面；和 连接元件，所述连接元件包括树脂基体中的不连续纤维，其中，所述连接元件包括第一 部分和第二部分，所述第一部分是包覆所述承载元件的附接部分的表面模制的，所述第二 部分用于连接到所述支撑本体。2. 如权利要求1所述的复合结构，其中，所述连续的增强纤维是单向的。3. 如权利要求1所述的复合结构，其中，所述连接增强部包括多个碎片，所述碎片包括 单向纤维。4. 如权利要求1所述的复合结构，其中，所述承载元件的附接部分包括增加所述附接 部分的表面积的至少一个粘合增强表面。5. 如权利要求1所述的复合结构，其中，所述粘合增强表面限定了穿过所述附接部分 的孔，其中，所述孔基本上用所述不连续纤维和用于所述不连续纤维的所述树脂基体充满。6. 如权利要求1所述的复合结构，其中，所述连接元件的第二部分包括一个或多个表 面，所述一个或多个表面被机械加工或模制过以提供用于将所述复合结构连接到所述支撑 本体的表面。7. 如权利要求6所述的复合结构，其中，所述连接元件的第二部分包括已机械加工在 所述连接增强部中的孔。8. 如权利要求6所述的复合结构，其中，所述连接元件的第二部分被机械加工过，以提 供用于与所述支撑本体上的相应匹配表面接合的匹配表面。9. 一种组件，包括如权利要求1所述的复合结构和所述连接元件连接于其上的支撑本 体。10. 如权利要求9所述的组件，其中，所述本体是航空航天飞行器的一部分。11. 一种用于连接到支撑本体的复...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·布尔西耶，
申请(专利权)人：赫克赛尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US