利用形状记忆合金形成成型复合结构的方法和工具技术

利用形状记忆合金形成成型复合结构的方法和工具。方法包括：相对于形状记忆合金的结构定位复合材料片材；加热所述形状记忆合金的结构以使所述形状记忆合金的结构变形为变形形态并且从而使所述复合材料片材符合与所述形状记忆合金的结构的变形形态对应的期望轮廓。工具包括形状记忆合金的结构和热源，所述热源用于加热所述形状记忆合金的结构以使复合材料片材符合与所述形状记忆合金的结构的变形形态对应的期望轮廓。

【技术实现步骤摘要】
利用形状记忆合金形成成型复合结构的方法和工具
本公开内容涉及形成成型(contoured)复合结构。
技术介绍
通常通过使预先固化的或部分地固化的柔性复合材料片材符合刚性铸模来形成复合结构，诸如由纤维加强复合材料构成的那些。取决于正在形成的最终结构，可能要求铸模具有相对于正在形成的结构的期望最终形状的非常精确的容差。这样的铸模特别在非常大的时构建和维修非常昂贵。而且，由于使一般平面的材料片材符合具有轮廓(包括复杂轮廓)的铸模的性质，常常难以避免将不希望有的皱纹给予复合材料。在形成期间创建的这样的皱纹或其它异常对于满足最后复合结构的性能要求可能不是可接受的。
技术实现思路
本文公开了用于利用形状记忆合金形成成型复合结构的方法和工具，以及由成型复合结构构成的设备，包括航空结构。方法包括：将复合材料片材与形状记忆合金的结构在操作上关联地定位；把形状记忆合金的结构加热至在其活化温度范围内，从而使复合材料片材符合期望轮廓；以及然后使形状记忆合金的结构冷却至低于其活化温度范围。工具包括形状记忆合金的结构和热源，所述热源被构造成将形状记忆合金的结构加热至在其活化温度范围内以使复合材料片材符合期望轮廓。附图说明图1是飞机的说明性非排他示例的透视图。图2是表示形成成型复合结构的方法的说明性非排他示例的流程图。图3是表示用于形成成型复合结构的工具以及待形成到成型复合结构中的复合材料片材的说明性非排他示例的示意图。图4是表示图3的工具的形状记忆合金的结构以及复合材料片材的示意图，其中形状记忆合金的结构已从非变形形态(conformation)加热至变形形态并且其中复合材料片材符合形状记忆合金的结构。图5是表示图3的工具的形状记忆合金的结构以及复合材料片材的示意图，其中形状记忆合金的结构已从变形形态冷却至非变形形态并且其中复合材料片材已通过形状记忆合金的结构设定成期望轮廓。图6是表示用于形成成型复合结构的工具以及待形成到成型复合结构中的复合材料片材的附加说明性非排他示例的示意图。图7是表示图6的工具的形状记忆合金的结构以及复合材料片材的示意图，其中形状记忆合金的结构已从非变形形态加热至变形形态并且其中复合材料片材符合形状记忆合金的结构。图8是表示图6的工具的形状记忆合金的结构以及复合材料片材的示意图，其中形状记忆合金的结构已从变形形态冷却至非变形形态并且其中复合材料片材已通过形状记忆合金的结构设定成期望轮廓。图9是表示用于形成成型复合结构的工具以及待形成到成型复合结构中的复合材料柔性片材的附加说明性非排他示例的示意图。图10是表示图9的工具的形状记忆合金的结构以及复合材料片材的示意图，其中形状记忆合金的结构已从非变形形态加热至变形形态并且其中复合材料片材符合形状记忆合金的结构。图11是表示图9的工具的形状记忆合金的结构以及复合材料片材的示意图，其中形状记忆合金的结构已从变形形态冷却至非变形形态并且其中复合材料片材已通过形状记忆合金的结构设定成期望轮廓。图12是表示定位于基板内和在非变形形态中的形状记忆合金的结构的说明性非排他示例的示意等距视图。图13是表示图12的示例的示意等距视图，其中形状记忆合金的结构已从非变形形态加热至变形形态。图14是具有构造成被选择性地加热的子区域的形状记忆合金的结构的示意平面图。图15是表示飞机生产和服务方法学的流程图。图16是表示飞机的示意框图。具体实施方式本文公开了用于形成成型复合结构的方法和工具，以及由成型复合结构构成的设备。一般而言，在附图中，很可能被包括在给定示例中的元件用实线例示，然而为给定示例可选的元件用虚线例示。然而，用实线例示的元件对于本公开内容的所有示例而言不是必要的，并且在不背离本公开内容的范围的情况下，可以从特定示例省略用实线所示出的元件。在图1中，提供了可以包括各种成型复合结构12的示例飞机10；然而，除飞机以外的设备在本公开内容的范围内并且可以包括成型复合结构。例如，作为说明性非排他示例，可以包括成型复合结构的其它设备包括(但不限于)宇宙飞船、船舶、陆地车辆、风力涡轮机、结构塔和桅杆等。而且，飞机10可以采取任何适合的形式，包括商用飞机、军用飞机、私人飞机或任何其它适合的飞机。虽然图1例示了形式为固定机翼商用飞机的飞机10，但是其它类型和配置的飞机在根据本公开内容的飞机10的范围内，包括(但不限于)直升飞机。如本文所使用的，复合结构指的是由复合材料构成的结构，所述复合材料诸如(但不限于)纤维加强复合材料。纤维加强复合材料的说明性非排他示例至少包括环氧树脂或其它聚合物或结合材料以及纤维，诸如由(但不限于)玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、对位芳族聚酰胺(例如，)纤维和/或其它纤维构成的纤维。在一些示例中，复合结构可以由纤维加强复合材料的多个层或帘布层构成，并且可以被描述为复合层压件或叠片结构。在一些这样的示例中，帘布层可以为预浸帘布层，其是利用所关联的结合材料预浸渍的纤维的层或片材。因此，多个预浸帘布层可以成层以共同地限定具有期望属性和特性的纤维加强复合材料的段。预浸帘布层的结合材料可以部分地固化或预先固化，以便许可帘布层的处理和帘布层的选择性组装。通常，部分地固化的预浸帘布层对于触摸而言是柔性的且胶粘的并且因此在成层时但未必以永久性方式容易地粘住在一起。也就是说，当分层时，如果需要的话，可以许可两个相邻帘布层相对于彼此横向地平移和/或也许能被分离。为了更永久地将帘布层的相邻层附接在一起，可以在纤维加强复合结构的构建期间利用任何适合的方法并且在任何适合的和各种时间将已成层帘布层压紧或压缩在一起。两个或更多个层的这个压缩被称为帘布层的压制，或称为帘布层的压紧。在固化之前，复合材料可以是稍微柔性的，或至少相对于复合材料的固化状态为柔性的。因此，在固化之前，可能形式为片材或装料的复合材料可以被模压或以其它方式形成为期望轮廓。一些复合材料在形成或成型工艺之前或期间可能要求加热，其中这样的热使复合材料变得更有展延性并且更易于符合期望的形状，然而其中这样的热低于使复合材料固化和硬化所要求的温度。复合层压件的温度可以影响形成的速率或由于未固化树脂的粘性属性而允许限定期望轮廓的弯曲量。在固化后，复合材料变得刚性并且保持它们的形状，然而可以取决于复合结构的特定应用而具有期望的回弹能力。继续参照图1，飞机10通常可以被描述为包括机身14，其例如取决于飞机的特定构造和/或功能一般地对应于用于保持乘客、全体乘务员、船装货物和/或设备的飞机的主体。通常，尽管不要求，但是飞机的机身是细长形并且稍微圆柱状的或管形的。在一些示例中，机身可以由沿着机身纵向地间隔并且在操作上耦合在一起以限定机身的多个段16构成。在图1中，示意性地指示了五个机身段；然而，任何数目或大小和形状的段16可以用来构建机身。飞机10同样可以包括机翼18、水平稳定器20和垂直稳定器22。机身、机翼、水平稳定器和垂直稳定器中的一个或更多个可以由复合材料构成。在一些示例中，这样的结构可以被描述为加劲(stiffened)复合结构，诸如通过由结构框架或加劲杆所支承的表层限定。飞机的前述各种结构以及飞机的其它结构中的任何一个或更多个可以被描述为成型复合结构。通过成型，意味着这样的结构限定非平面表面。根据本公开内容的成型复合结构的一些示例可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成成型复合结构的方法，所述方法包括以下步骤：定位步骤，将复合材料片材与形状记忆合金的结构在操作上关联地定位，其中，所述形状记忆合金的结构被构造成在被加热至在活化温度范围内时在第一形态与第二形态之间变形；加热步骤，在所述定位步骤之后，将所述形状记忆合金的结构加热至在所述活化温度范围内，从而使所述形状记忆合金的结构从所述第一形态变形为所述第二形态，并且从而使所述复合材料片材符合与所述第二形态至少部分地对应的期望轮廓并产生同形的复合材料片材；以及冷却步骤，在所述加热步骤之后，使所述形状记忆合金的结构冷却至低于所述活化温度范围，从而使所述形状记忆合金的结构从所述第二形态变形为所述第一形态，同时使所述复合材料片材维持为所述期望轮廓。

【技术特征摘要】
2013.11.06 US 61/900,480;2014.02.24 US 14/188,2521.一种形成成型复合结构的方法，所述方法包括以下步骤：定位步骤，将复合材料片材与形状记忆合金的结构在操作上关联地定位，其中，所述形状记忆合金的结构被构造成在被加热至在活化温度范围内时在第一形态与第二形态之间变形；加热步骤，在所述定位步骤之后，将所述形状记忆合金的结构加热至在所述活化温度范围内，从而使所述形状记忆合金的结构从所述第一形态变形为所述第二形态，并且从而使所述复合材料片材符合与所述第二形态至少部分地对应的期望轮廓并产生同形的复合材料片材，并且从而至少部分地以所述期望轮廓设定所述同形的复合材料片材；冷却步骤，在所述加热步骤之后，使所述形状记忆合金的结构冷却至低于所述活化温度范围，从而使所述形状记忆合金的结构从所述第二形态变形为所述第一形态，同时使所述复合材料片材维持为所述期望轮廓；以及固化所述期望轮廓的所述同形的复合材料片材，其中，所述形状记忆合金的结构包括第一体和第二体；其中，所述定位步骤包括将所述复合材料片材定位于所述第一体与所述第二体之间；并且其中，所述第一体和所述第二体相对于彼此定位成在所述加热步骤期间协作地使所述复合材料片材符合所述期望轮廓。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形状记忆合金的结构在操作上被定位于基板内，并且所述基板不由形状记忆合金构成。3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：将所述复合材料片材和所述形状记忆合金的结构布置于高压釜或烘箱中，其中，所述加热步骤由所述高压釜或所述烘箱执行。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形状记忆合金的结构包括多个子区域，并且其中，所述加热步骤包括在操作上加热所述多个子区域中的少于所有子区域的子区域。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述加热步骤包括按照预定顺序顺序地...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·M·罗特，P·E·纳尔逊，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US