BR102018071189A2

BR102018071189A2 - Estrutura tubular compósita, e, métodos de fabricação da estrutura tubular e de melhoria da força compressiva de uma conexão.

Info

Publication number: BR102018071189A2
Application number: BR102018071189-0A
Authority: BR
Inventors: Thomas Beale; James Bernard
Original assignee: Crompton Technology Group Limited
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2019-06-11
Also published as: US20190128449A1; US11525529B2; CA3017377A1; EP3477130A1; BR102018071189B1; EP3477130B1

Abstract

uma estrutura tubular compósita (200) é descrita como sendo adequada para transmitir cargas axiais em compressão ou tensão. ela compreende um membro compósito alongado (70) com uma seção afunilada para dentro (72) em cada extremidade e uma porca embutida (50) retida em cada seção afunilada para dentro para formar uma conexão com outro componente ou encaixe de extremidade (80). a seção afunilada para dentro tem uma superfície interna (78) que segue uma superfície externa afunilada (58) de uma das porcas embutidas. cada seção afunilada para dentro estreita o membro compósito em um sentido longitudinal em direção à extremidade, de modo a fornecer uma constrição que retenha a porca embutida no seu interior. pelo menos uma das porcas embutidas compreende uma porca de múltiplas partes, compreendendo: uma porca interna (53) com uma superfície de engate radialmente interna (52) para se engatar com uma haste (80) e uma primeira superfície deslizante radialmente externa (s)1); e um membro de suporte interno (51) com uma superfície radialmente externa (58) compreendendo a superfície externa afunilada da porca embutida e uma segunda superfície deslizante radialmente interna (s)2) para entrar em contato e deslizar na primeira superfície deslizante radialmente externa da porca interna. um conector ou encaixe de extremidade (80, 84, 86) pode prender a seção afunilada para dentro com uma pré-carga. um liner (60) pode ser usado para sustentar as porcas durante a deposição dos filamentos do membro compósito a fim de formar as duas seções afuniladas para dentro nas extremidades do membro compósito.

Description

“ESTRUTURA TUBULAR COMPÓSITA, E, MÉTODOS DE FABRICAÇÃO DA ESTRUTURA TUBULAR E DE MELHORIA DA FORÇA COMPRESSIVA DE UMA CONEXÃO”

CAMPO TÉCNICO [001] A divulgação se refere a uma estrutura tubular compósita, em particular uma compreendendo um membro compósito com uma porca embutida em cada extremidade para formar uma conexão com outro componente e um método para fabricar a estrutura tubular compósita.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [002] Compósitos oferecem a oportunidade para soluções leves e econômicas. Os maiores benefícios geralmente são alcançados quando o caminho de carga e a geometria são simples. Hastes e suportes, incluindo hastes de atuador hidráulicas e elétricas, são candidatos ideais para compósitos e são amplamente utilizados em aeronaves comerciais. Essas partes geralmente exigem uma forma complexa nas extremidades para interagir com outros componentes. Os metais são eficientes em termos de peso e custo para essas geometrias complexas e, portanto, é necessária uma conexão entre os elementos compósitos e metálicos. Juntar as partes de uma maneira robusta e certificável para o ramo aerospacial que maximize os benefícios das porções compósitas representa um desafio significativo para o setor.

[003] Várias soluções são propostas nos documentos WO

2009/066070, EP-A-313329, US-A-4848957 e US-A-2012/125146.

[004] GB-A-2546280 A divulga uma estrutura tubular compósita com uma porca embutida de peça única, contida numa porção afunilada de um membro tubular compósito, para engate numa biela que se projete na porção afunilada, compreendendo ainda a estrutura uma cunha anular fornecida com um tensor, para prender a porção afunilada do membro tubular compósito entre a cunha anular e a porca embutida.

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2/30 [005] No entanto, embora juntas compósitas sejam projetadas para transferir carga dentro de uma determinada faixa de operação, por exemplo, ± 20 kN, em que “+” e se referem a tensão e compressão respectivamente, de fato cargas podem ocasionalmente flutuar significativamente para fora dessa faixa, por exemplo, várias vezes o intervalo pretendido, por exemplo, para ±100 kN.

[006] A disposição de GB-A-2546280 fornece um bom suporte para a porção afunilada sob tensão, uma vez que a porção afunilada do membro tubular compósito é continua numa direção circunferencial e está em contato direto com a superfície externa afunilada da porca embutida. Maiores cargas de tração levam a maiores tensões circunferenciais que são opostas pela cunha anular, que permanece em contato com o membro tubular compósito mesmo quando a porca externa tiver se separado da cunha sob cargas de tração extremas. No entanto, sob compressão, a porca embutida pode separar-se ligeiramente da porção afunilada do membro tubular compósito e, como resultado, sob carga extrema, a porção afunilada pode romper-se sob uma carga compressiva menor do que o corpo principal do membro tubular compósito pode aguentar. A ruptura pode ser devida a altas tensões circunferenciais compressivas que o membro tubular compósito tenha que aguentar sozinho, sem suporte da porca embutida (devido à separação).

[007] Existe, por conseguinte, uma necessidade de fornecer uma conexão para uma estrutura tubular compósita que seja capaz de fornecer suporte confiável ao membro tubular compósito sob cargas de tração e compressiva extremas.

SUMÁRIO DA DIVULGAÇÃO [008] De acordo com um primeiro aspecto da divulgação, é fornecida uma estrutura tubular compósita compreendendo um membro compósito alongado e uma porca embutida. O membro compósito alongado tem uma seção afunilada para dentro em uma extremidade, dentro da qual a

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3/30 porca embutida é retida, para formar uma conexão com outro componente. A seção afunilada para dentro tem uma superfície interna que segue uma superfície externa afunilada da porca embutida. A seção afunilada para dentro também estreita o membro compósito em uma direção longitudinal em direção à extremidade, de modo a fornecer uma constrição que retenha a porca embutida dentro da seção afunilada para dentro. De acordo com esta divulgação, a porca embutida compreende uma porca de múltiplas partes, compreendendo uma porca interna e um membro de suporte interno. A porca interna está disposta para deslizar dentro do membro de suporte interno numa direção para longe da extremidade, e para dentro, do membro compósito alongado quando a estrutura tubular compósita estiver sob condições de carga compressiva axial excessiva.

[009] Por carga compressiva axial excessiva entende-se, como usado neste documento, cargas compressivas axiais que excedem as cargas de trabalho esperadas por uma margem razoável (por exemplo, duas vezes, três vezes, quatro vezes, cinco vezes, sete vezes, etc., a carga de trabalho esperada, com a margem razoável dependendo da situação em questão). Essas cargas compressivas axiais podem estar próximas ou dentro dos limites da resistência da estrutura e podem ser rotuladas como “excessivas” quando estão dentro de uma porcentagem prescrita de um valor de carga compressiva final para a estrutura, por exemplo, mais de 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, etc., de um valor de carga compressiva final da estrutura, dependendo da situação e dos requisitos para margem de segurança de carga e trabalho.

[0010] Em adição a, ou como uma alternativa ao precedente, a porca interna pode ter uma superfície de engate radialmente interna para engranzar com um encaixe ou fixação de extremidade e uma primeira superfície deslizante radialmente externa; e o membro de suporte interno pode ter uma superfície radialmente externa fornecendo a superfície externa afunilada da porca embutida, e uma segunda superfície deslizante radialmente interna para

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4/30 contato e deslizamento sobre a primeira superfície deslizante da porca interna. [0011] Em adição ou como alternativa ao precedente, pelo menos uma porção da primeira superfície deslizante da porca interna e uma porção da segunda superfície deslizante do membro de suporte interno podem ser paralelas a um eixo central da porca interna.

[0012] Em adição ou como uma alternativa ao precedente, pelo menos uma porção da primeira superfície deslizante da porca interna e uma porção da segunda superfície deslizante do membro de suporte interno podem estar em um ângulo inclinado em relação a um eixo central da porca interna, inclinando-se radialmente até o eixo central numa direção até a extremidade do membro compósito alongado, sendo o ângulo superior a 0^o. O ângulo pode ser menor que o ângulo da superfície externa afunilada da porca de múltiplas partes.

[0013] Em adição ou como alternativa ao precedente, a estrutura tubular compósita pode incluir um conector para fornecer uma conexão com outro componente. O conector pode compreender: um encaixe ou fixação de extremidade para engranzar a porca interna da porca de múltiplas partes, ocorrendo o engate dentro da seção afunilada para dentro; uma cunha anular configurada para impelir contra uma superfície externa da seção afunilada para dentro; e um tensor fornecido para exercer uma força de aperto sobre a seção afunilada para dentro através da cunha anular.

[0014] Em adição ou como uma alternativa ao precedente, o membro de suporte interno pode ser disposto para permanecer no lugar contra a superfície interna da seção afunilada para dentro sob as condições de carga compressiva axial excessiva para opor-se às tensões circunferenciais exercidas pela cunha anular sobre a superfície externa da seção afunilada para dentro.

[0015] Em adição ou como uma alternativa ao precedente, a porca interna pode compreender uma porção radialmente saliente em uma

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5/30 extremidade que é configurada para limitar o deslizamento da porca interna dentro do membro de suporte interno em uma direção até a extremidade do membro compósito alongado, para ajudar na transmissão de cargas axiais sob condições de carga de tração.

[0016] Em adição ou como alternativa ao precedente, cada uma das seções afuniladas para dentro pode ter um ângulo de afunilamento entre 5 e 25° em relação a um eixo central da estrutura, opcionalmente entre 8 e 15°.

[0017] Em adição ou como uma alternativa ao precedente, a estrutura tubular pode compreender um liner dentro do membro compósito, e a porca embutida pode compreender um degrau na sua superfície externa para fixação do liner, sendo o degrau fornecido por uma diferença radial entre uma superfície radialmente mais externa da porca interna e uma superfície radialmente mais externa do membro de suporte interno, com o liner repousando no degrau para definir um raio externo que segue aquele da porca para definir um raio interno do membro compósito na direção longitudinal.

[0018] Em adição ou como uma alternativa ao precedente, a estrutura tubular pode compreender uma seção afunilada para dentro em ambas as extremidades, cada uma retendo uma porca de múltiplas partes embutida.

[0019] De acordo com um segundo aspecto da divulgação, é fornecido um método para fabricar a estrutura tubular descrita em qualquer das afirmações acima. O método compreende: fixar uma porca a uma extremidade de um liner para fornecer uma superfície para depositar os filamentos, tendo a porca uma superfície externa afunilada e sendo disposta de modo que a superfície externa afunile em uma direção para longe do liner; em que a porca compreende uma porca de múltiplas partes, compreendendo uma porca interna e um membro de suporte interno, no qual a porca interna seja capaz de deslizar dentro do membro de suporte interno numa direção para longe da sua extremidade associada ao membro compósito alongado e para dentro do mesmo; e depositar filamentos em tomo do liner e da porca fixada

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6/30 para formar um membro compósito com uma porção de corpo principal e uma seção afunilada para dentro na extremidade com a porca embutida, tendo a seção afunilada para dentro uma superfície interna que segue a superfície externa afunilada da porca embutida.

[0020] Em adição ou como uma alternativa ao precedente, para a porca de múltiplas partes: a porca interna pode ter uma superfície de engate radialmente interna para engranzar com um encaixe ou fixação de extremidade e uma primeira superfície deslizante radialmente externa; e o membro de suporte interno pode ter uma superfície radialmente externa compreendendo a superfície externa afunilada da porca embutida, e uma segunda superfície deslizante radialmente interna para contato e deslizamento sobre a primeira superfície deslizante radialmente externa da porca interna, em que o método pode incluir fixar o membro de suporte interno à porca interna usando um parafuso em uma extremidade do membro de suporte interno e a porca interna distai do liner. Opcionalmente, o método pode compreender uma etapa para fixar uma porca de múltiplas partes à outra extremidade do liner.

[0021] Em adição ou como uma alternativa ao precedente, o liner pode se sustentar entre duas partes de um mandril enquanto a deposição de filamento estiver ocorrendo. Opcionalmente, cada parte do mandril pode ainda compreender: um degrau interiormente radial, de tal modo que uma porção do mandril tem um diâmetro maior e uma porção do mandril tem um diâmetro menor; e em que uma vez completado o enrolamento e o mandril estiver para ser removido, pode ser feito um corte numa direção interiormente radial através do membro compósito e opcionalmente a porca de múltiplas partes numa posição adjacente ao parafuso, e o mandril, quaisquer enrolamentos filamentares em excesso, o parafuso e, opcionalmente, quaisquer porções extirpadas da porca embutida podem ser removidos.

[0022] Em adição ou como uma alternativa ao precedente, o método

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7/30 pode compreender a pressurização do liner durante uma operação de enrolamento e/ou formação e/ou cura, e/ou no serviço subsequente da estrutura tubular. Adicionalmente ou altemativamente, o liner pode ser subsequentemente retido dentro da estrutura tubular, ou o liner pode ser removido de dentro da estrutura tubular por fusão, dissolução, queima, descascamento, desfiamento, fragmentação, degradação por UV ou outro processo de remoção.

[0023] De acordo com um terceiro aspecto da divulgação, é fornecido um método para melhorar a resistência à compressão de uma conexão a uma estrutura tubular descrita numa das afirmações precedentes, na qual a estrutura tubular compósita inclui um conector para fornecer uma conexão com outro componente. O método compreende a utilização de uma porca embutida compreendendo uma porca interna e um membro de suporte interno, permanecendo o membro de suporte interno contra uma superfície interna da seção afunilada para dentro para opor-se a tensões circunferenciais compressivas aplicadas através da cunha anular sobre a superfície externa da seção afunilada para dentro do membro compósito alongado enquanto permite o deslizamento da porca interna dentro do membro de suporte interno numa direção para longe da extremidade, e para dentro, do membro compósito alongado sob condições de carga axial compressiva excessiva.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [0024] Várias modalidades da presente divulgação serão agora descritas com referência à seguinte descrição e os desenhos a título de exemplo apenas, e com referência a certas figuras, em que:

A Figura 1 ilustra esquematicamente um corte transversal de uma estrutura tubular mostrando os raios interno, externo e posicionai;

A Figura 2a mostra esquematicamente uma estrutura tubular compósita com uma porção de corpo principal cilíndrica com um raio constante;

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A Figura 2b mostra esquematicamente uma estrutura tubular compósita com uma porção do corpo principal cônica com um raio crescente na direção axial de uma extremidade para a outra;

A Figura 2c mostra esquematicamente uma estrutura tubular compósita com uma porção de corpo principal convexa (porção do corpo principal em forma de limão) com um raio crescente na direção axial de cada extremidade afunilada;

A Figura 3 mostra esquematicamente um processo de enrolamento filamentar para formar uma estrutura tubular compósita;

A Figura 4 é um corte transversal longitudinal que mostra um liner, uma porca de múltiplas partes embutida e um anel de trava;

A Figura 5 é o corte transversal longitudinal da Figura 4, com um mandril;

A Figura 6 é o corte transversal longitudinal da Figura 5, com uma estrutura enrolada com filamento na parte superior;

A Figura 7 mostra um corte transversal longitudinal de uma extremidade de uma estrutura tubular compósita compreendendo um liner e uma porca de múltiplas partes embutida quando conectada a um encaixe ou fixação de extremidade de conexão;

A Figura 8 mostra um corte transversal longitudinal de uma estrutura tubular compósita compreendendo um liner;

A Figura 9a mostra um corte transversal longitudinal de uma estrutura tubular compósita compreendendo um liner, ilustrando um exemplo de uma formação que pode ser fornecida numa extremidade de um liner retido, tendo a estrutura um afunilamento de espessura de parede constante;

A Figura 9b mostra um corte transversal longitudinal de uma estrutura tubular compósita compreendendo um liner, ilustrando um exemplo de uma formação que pode ser fornecida numa extremidade de um liner retido, tendo a estrutura um afunilamento de espessura de parede decrescente;

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A Figura 10 mostra o corte transversal longitudinal da Figura 7, onde a estrutura tubular compósita está sujeita a compressão; e

As Figuras lla-d mostram uma disposição na qual a porca de múltiplas partes tem superfícies deslizantes que são inclinadas em relação uma linha central, onde nas Figuras 1 lb e 1 ld, o liner foi removido.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0025] Como mostrado na Figura 2a, um membro compósito alongado 70 pode ser configurado de modo a fornecer uma porção de corpo principal 2 entre duas seções afuniladas para dentro 1. O membro compósito alongado 70 pode ser formado por enrolamento filamentar. Os filamentos que formam as seções afuniladas para dentro 1 podem ser contínuos e enrolados helicoidalmente. Assim, os filamentos enrolados podem formar o formato de cone truncado (troncocônico) da seção afunilada para dentro 1.

[0026] Os filamentos podem também ser depositados por outros métodos de produção, por exemplo, como parte de um processo de entrançamento, ou depositados através de outros processos de colocação de filamentos, processos de envolvimento de pré-impregnado ou qualquer outro método de fabricação de compósitos. Os filamentos podem ser depositados por uma combinação de qualquer um desses processos de deposição.

[0027] A seção afunilada para dentro 1 em cada extremidade do membro compósito 70 pode resultar em peso reduzido devido ao menor diâmetro de (e consequentemente massa reduzida de) ambas as extremidades, em particular os diâmetros menores de quaisquer elementos de conexão, tais como uma porca embutida e uma cunha externa de um conector que é descrita em mais detalhes abaixo.

[0028] As seções afuniladas para dentro 1 são contínuas no sentido circunferencial. Por conseguinte, o membro compósito 70 pode ser feito para ter boas propriedades de transmissão de carga axial tanto na tensão como na compressão, em particular ao longo do comprimento das seções afuniladas

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10/30 para dentro 1, devido à sua estrutura contínua.

[0029] A espessura de parede do elemento compósito nas seções afuniladas para dentro 1 (a espessura de parede dos enrolamentos filamentares e da matriz da resina) pode ser igual ou maior do que na porção do corpo principal. Deste modo, existe uma concentração significativa de filamentos, por exemplo, na forma de enrolamentos filamentares, capazes de transmitir as cargas axiais (e, quando necessário, o torque) nas seções afuniladas através de um conector em comparação com a porção do corpo principal. A espessura de parede das seções afuniladas para dentro 1 pode ser maior na extremidade aberta e mais estreita do que na extremidade das seções afuniladas para dentro, adjacentes à porção do corpo principal do membro compósito 70.

[0030] Uma estrutura tubular compósita 200 compreendendo o membro compósito alongado 70 pode fornecer uma haste ou um suporte. Pode ser para uma aeronave. Por exemplo, ela pode ter aplicação como um atuador hidráulico, um suporte da caixa da asa central, parte de um trem de pouso, etc. No entanto, também podería ter aplicações em áreas técnicas automotivas e marítimas. A estrutura tubular compósita 200 pode ser para transmitir forças axiais significativas, por exemplo, cargas de tração ou compressivas, e pode ter que resistir ao encaixe ou flambagem. Pode também ter que transmitir forças angulares (ou seja, não-axiais) e ser capaz de resistir a forças de flexão criadas através de cargas laterais, resultando em cargas de tração e compressivas axiais. Incluirá tipicamente uma extremidade de haste ou uma forquilha para conexão com outro componente.

[0031] Como mostrado nas Figuras 7 a 11 d, a estrutura tubular compósita pode ser usada com um conector 80, 84, 86 para conectá-la a partes da aeronave ou outro veículo (o conector 80, 84, 86 é mostrado apenas parcialmente nestas figuras). O conector 80 pode compreender um encaixe ou fixação de extremidade 80, que pode, por exemplo, estar sob a forma de uma haste ou forquilha, para engatar uma porca embutida posicionada dentro da

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11/30 seção afunilada para dentro 72 do membro compósito 70, uma cunha anular 86 configurada para impelir contra uma superfície externa da seção afunilada para dentro 72, e um tensor 84, 85, 87 fornecido para exercer uma força de aperto sobre a seção afunilada para dentro 72 através da cunha anular 86. Tal disposição, com uma porca embutida de peça única, é descrita em GB-A2546280, que é incorporado neste documento por referência.

[0032] Como descrito brevemente acima, a seção afunilada para dentro 72 na extremidade do elemento compósito 40 da estrutura 200 permite que uma porca externa 84 ou uma cunha anular 86 seja colocada sobre a sua superfície externa. Isso pode ser apertado com uma pré-carga até que um ajuste confortável seja alcançado para permitir uma boa transmissão de cargas. A cunha anular 86 é capaz de resistir às tensões circunferenciais geradas pelas forças de tração sobre a porca embutida 50. Se a cunha anular 86 for suficientemente forte, então um limite da resistência à tração do membro compósito 70 da estrutura tubular compósita 200 pode tomar-se a resistência à ruptura axial do membro compósito 70 sob carga de tração.

[0033] Contudo, sob compressão, numa disposição com uma porca de peça única como a de GB-A-2546280, verificou-se que sob compressão, a porca embutida pode por vezes afastar-se da superfície interna 78 da seção afunilada para dentro 72, levando à ruptura do membro compósito 70. Isto pode ocorrer quando cargas axiais compressivas excessivas, por exemplo, cargas compressivas que excedam as cargas de trabalho esperadas e estejam próximas ou nos limites da resistência da estrutura, são suportadas pela estrutura 200 na conexão entre o conector 80 e a seção afunilada sem suporte 72 do elemento compósito 70.

[0034] Na presente descrição, a porca embutida de peça única acima descrita, posicionada dentro da seção afunilada para dentro 72 do membro compósito 70, é substituída por uma porca de múltiplas partes 50. A porca de múltiplas partes 50 compreende pelo menos uma porca interna 53 e um

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12/30 membro de suporte interno 51, como será descrito mais abaixo.

[0035] O benefício desta disposição é que a resistência da conexão e, portanto, do componente como um todo, quando sob condições de cargas axiais compressivas excessivas, pode ser melhorada ou tomada mais confiável.

[0036] A natureza divisiva da porca de múltiplas partes 50, sob tais condições, permite que a porca interna 53 seja preferencialmente deslocada pelo conector 80 para longe da extremidade do membro compósito alongado 70 e para dentro dele conforme a extremidade afunilada (seção afunilada para dentro 72 do membro compósito 70) começar a distorcer sob carga, deixando o membro de suporte interno 51 no lugar para dar suporte à seção afunilada para dentro 72. Uma superfície externa afunilada 58 do membro de suporte interno 51 pode então manter contato com a superfície interna 78 da seção afunilada para dentro 72 e pode continuar a resistir às tensões circunferenciais exercidas pela cunha anular 86 que surgem conforme a cunha anular 86 vai sendo pressionada contra a superfície externa 77 da seção afunilada para dentro 72 com força crescente.

[0037] Como resultado, com este suporte adicional dentro da seção afunilada para dentro 72, é possível evitar ou reduzir a tendência à ruptura na seção afunilada para dentro 72. Isto pode aumentar a resistência à compressão global, isto é, resistência à ruptura da seção afunilada para dentro 72 sob compressão até um ponto em que seja igual ou maior do que a resistência à ruptura axial do corpo principal do membro compósito 70, dessa forma, maximizando a resistência à compressão do conjunto. Assim, a capacidade da porca interna 53 para deslizar em relação ao membro de suporte interno 51 da porca de múltiplas partes 50, por exemplo, ao permitirem que as primeira e segunda superfícies deslizantes si, S2 passem deslizando uma pela outra, permite que o membro de suporte interno 51 continue a dar suporte à seção afunilada para dentro 72 do membro compósito 70 quando a porca interna 53

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13/30 for translada até o membro compósito alongado sob condições de carga axial compressiva excessiva, potencialmente evitando ou reduzindo a tendência à ruptura da seção afunilada para dentro 72 do elemento compósito 70, e conduzindo a resistências à compressão mais elevadas da estrutura tubular compósita 200.

[0038] A porca interna 53 e o membro de suporte interno 51 da porca embutida 50 podem ser formados de metal. Por exemplo, estas peças podem ser de aço inoxidável de alta resistência ou liga leve, por exemplo, à base de titânio ou alumínio.

[0039] A estrutura tubular compósita 200 pode compreender uma porca de múltiplas partes 50 em ambas as extremidades do membro compósito alongado 70. Desta forma, ambas as extremidades da estrutura tubular se beneficiariam desse mecanismo.

[0040] A porca interna 53 tem uma primeira superfície deslizante radialmente externa si e o membro de suporte interno 51 tem uma segunda superfície deslizante radialmente interna S2 para fazer contato e deslizar pela primeira superfície deslizante radialmente externa da porca interna 53.

[0041] As superfícies deslizantes si, S2 podem ser paralelas à linha central CL, como mostrado na Figura 7, por exemplo. As superfícies deslizantes si, S2, por exemplo, podem ser superfícies cilíndricas concêntricas. Como alternativa, as superfícies deslizantes si, S2 podem divergir da Unha central CL, por exemplo, elas podem estar inclinadas em relação à linha central CL, como mostrado nas Figuras 11a-11 d, onde o ângulo é maior que 0^o, ou seja, superfícies troncocônicas.

[0042] Como também é mostrado nas Figuras 11 a-11 d, o ângulo das superfícies deslizantes em relação à linha central pode ser mais superficial do que o ângulo de afunilamento do membro compósito 70. Esta disposição favorece o deslizamento pelas superfícies deslizantes si, S2 em relação a deslizar entre o membro de suporte interno 51 e a superfície afunilada interna

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14/30 da seção afunilada para dentro 72 do membro compósito 70.

[0043] Quanto mais superficial o ângulo da primeira e segunda superfícies de deslizamento si, S2 da porca interna 53 e do membro de suporte interno 51 em comparação com a superfície externa afunilada 58, maior será a carga de atrito relativa sobre o membro de suporte interno 51, segurando-o no lugar e permitindo o movimento relativo da porca interna 53.

[0044] A porca interna 53 pode compreender uma porção ou limitador radialmente saliente 56, por exemplo, que pode estar sob a forma de um flange ou colar, numa extremidade da porca interna 53 (a que está mais afastada da extremidade do membro compósito alongado 70 em que a porca interna 53 está disposta). Esta porção ou limitador radialmente saliente 56 pode ser configurado para limitar o deslizamento da porca interna 53 dentro do membro de suporte interno 51 em uma direção para a extremidade do membro compósito 70 e ajudar a transmitir cargas axiais quando estiver sob carga de tração através da porção ou limitador radialmente saliente 56 da porca interna adjacente a uma extremidade do membro de suporte interno 51.

[0045] O limitador radialmente saliente 56 também permite que a porca interna 53 impeça que o membro de suporte interno 51 deslize para além da extremidade da porca interna 53 e se perca dentro do membro compósito alongado 70 antes da pré-carga pelo encaixe de extremidade.

[0046] Se desejado, o membro de suporte interno 51 pode estar ligado ou, de outro modo, aderido à superfície interna 78 da seção afunilada para dentro 72 do membro compósito alongado 70.

[0047] Altemativamente, o membro de suporte interno pode ser mantido no lugar contra a superfície interna 78 da seção afunilada para dentro 72 do membro compósito alongado 70 através de forças de atrito quando estiver sob pré-carga.

[0048] Um processo para montar a estrutura tubular será agora descrito. A Figura 4 representa um corte transversal longitudinal de uma

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15/30 extremidade de uma peça com o mandril 40 omitido, mostrando um liner 60 e uma porca 50, que deve ser embutida, com uma rosca interna 52, disposta em tomo de uma linha central CL. A porca 50 é uma porca de múltiplas partes, compreendendo um membro de suporte interno 51 que está pelo menos parcialmente envolvendo uma porca interna 53. O membro de suporte interno 51 e a porca interna 53 são mantidos juntos por um fixador, tal como um grampo circular ou um anel de trava 57. O membro de suporte interno 51 tem uma superfície externa afunilada 58, configurada para suportar uma seção afunilada para dentro 72 do membro compósito 70.

[0049] Na modalidade, a porca interna 53 tem um diâmetro externo menor do que a porção adjacente do membro de suporte interno 51. Isto cria um degrau 54, para receber uma extremidade do liner 60. O degrau 54 e o diâmetro interno do liner 60 podem ser dimensionados para fornecer um encaixe de fricção. Adicionalmente ou altemativamente, um adesivo ou vedante pode ser aplicado para unir as respectivas superfícies. O liner 60 pode compreender protuberâncias e/ou reentrâncias axiais (não mostradas) para engate com recessos e/ou protuberâncias axiais correspondentes na porca interna 53. Tais características de intertravamento podem ajudar a impedir a rotação relativa do liner 60 e da porca 50.

[0050] A porca 50, no lugar da rosca interna 52, pode compreender uma estrutura fêmea alternativa para fixar um encaixe ou fixação de extremidade, que pode por exemplo estar sob a forma de uma haste 80, à porca, por exemplo uma baioneta ou outra estrutura perfilada que um encaixe ou fixação de extremidade, tal como uma haste 80, pode pressionar para prender a seção afunilada para dentro 72 do membro compósito 70.

[0051] A Figura 5 mostra a mesma peça da Figura 4, mas desta vez com uma porção de um mandril 40 conectado à porca 50. O mandril 40 tem um degrau 42 no seu diâmetro, de tal modo que a seção com um diâmetro menor encaixe dentro da porca 50, ao passo que a seção com um diâmetro

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16/30 maior não, e, em vez disso, forneça uma superfície de continuação correspondente em diâmetro à extremidade da superfície externa afunilada 58 do membro de suporte interno 51 com o diâmetro menor.

[0052] A Figura 6 representa uma configuração idêntica à reivindicação 5 no próximo estágio da construção, onde uma camada compósita de filamento foi depositada na peça e mandril 40 e curada para formar o membro compósito 70. Como mostrado na Figura 6, a rosca de parafuso 52 (ver Figura 4) da porca interna 53 da porca embutida 50 está localizada dentro da seção afunilada para dentro 72 do membro compósito 70. A porca 50 tem também uma superfície de extremidade anular 59 alinhada axialmente com, e radialmente para dentro de, a parte mais estreita (menor diâmetro externo e interno) 74 da seção afunilada para dentro 72.

[0053] A seção afunilada para dentro 72 do membro compósito 70 segue e é suportada pela superfície radialmente externa afunilada, isto é, a superfície afunilada 58 do membro de suporte interno 51 da porca embutida 50.

[0054] A Figura 3 mostra esquematicamente um exemplo de um processo de enrolamento de filamento úmido para formar uma estrutura tubular compósita 200. Os filamentos 10, por exemplo, sob a forma de um estopa ou parte-estopa, são passados sobre os rolos 30 através de uma solução de resina 20 que formará a matriz. Outros rolos 30 dirigem os filamentos 10 para enrolamento sobre a peça. A peça compreende um mandril 40 sobre o qual está montado um liner 60 com uma porca embutida 50 em uma ou ambas as extremidades do liner 60. Os filamentos 10 embebidos em resina são então enrolados no mandril 40, nas porcas 50 e no liner 60, que são rodados pelo mandril 40. Na Figura 3, a direção de rotação do mandril é mostrada esquematicamente pela seta. Na prática, múltiplas camadas de enrolamentos filamentares serão acumuladas para formar o membro compósito, variando as camadas em ângulo de enrolamento e/ou especificações de direção e/ou

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17/30 filamento para adequar as propriedades do membro compósito para a finalidade pretendida e cargas esperadas.

[0055] Em algumas modalidades (não mostradas), o processo de enrolamento filamentar é um processo seco e a resina é adicionada mais tarde, com a cura ocorrendo sob pressão e no vácuo (Resin Transfer Molding RTM).

[0056] Durante o processo de fabricação, uma ferramenta de mandril pode ser usada para cobrir um anel de trava 57 ou outro fixador destacável mantendo o membro de suporte interno 51 e a porca interna 53 da porca de múltiplas partes juntos (ver abaixo). Altemativamente, o conjunto pode ser mantido sob tensão durante o enrolamento, fixando assim a porca interna 53 ao membro de suporte interno 51.

[0057] Ao depositar filamentos ou reboques em volta tanto do liner 60 quanto da(s) porca(s) 50, por exemplo, durante uma operação de enrolamento, as porcas 50 (e a sua rosca) ficam embutidas ou encerradas no interior do componente compósito 70. As porcas 50 têm uma superfície externa afunilada 58 que fornece a estrutura de base para uma seção afunilada 72 em cada extremidade do membro compósito 70 da estrutura tubular compósita 200, com as seções afuniladas para dentro 72 estreitando-se em direção a uma extremidade do membro compósito 70 para fornecer uma constrição para reter a porca 50 (e a rosca) dentro do mesmo.

[0058] Esta utilização de um liner 60 evita o problema de como inserir uma porca 50 num componente compósito alongado 70 em que a porca 50 tem um raio externo máximo que é maior do que o raio interno de uma abertura numa extremidade do membro compósito 70.

[0059] A utilização do mandril 40 permite que o liner 60 seja girado enquanto os filamentos ou os reboques estão sendo aplicados ao liner 60. Pode ser fornecida uma vedação entre as porcas 50 nas extremidades do liner 60 e da respectiva seção do mandril 40 para impedir a entrada de resina no

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18/30 membro compósito durante o processamento. Desta forma, as roscas 52, 82 ou outras formações fornecidas nas porcas 50 para conexão com um encaixe ou fixação de extremidade, tal como uma haste 80 de um conector, podem ser mantidas livres de resina. O liner 60 pode ser de um material impermeável e em conjunto com as porcas 50, definir um espaço fechado que pode ser pressurizado durante a deposição e/ou processo de cura de filamento ou estopa para manter as dimensões de produção.

[0060] O mandril 40 é liberado ao cortar através de um corte transversal da estrutura tubular compósita 200, ao longo da linha X mostrada na Figura 6, que é um corte transversal adjacente ao anel de trava 57, num lado axialmente para dentro do anel de trava 57, isto é, afastado da extremidade axial da estrutura tubular compósita 200. O corte é feito através do membro compósito 70 próximo à sua parte mais estreita 74 e, dependendo das várias dimensões, possivelmente também através de uma extremidade da porca interna 53. A superfície de corte anular 76 fornece a nova extremidade do membro compósito 70. A seção afunilada para dentro 72 pode ser maquinada ou de outro modo acabada, para conseguir as propriedades de superfície desejadas, antes de um conector 80, 84, 86 ser montado na extremidade.

[0061] A extremidade do elemento compósito acabado 70 pode corresponder a, isto é, pode estar alinhado com, ou ficar nivelado com, uma superfície de extremidade da porca embutida 50. Em outras palavras, a extremidade do membro compósito pode compreender uma superfície anular que se prolonga numa direção radial entre as superfícies interna e externa da seção afunilada para dentro 72. O método pode ainda compreender a maquinagem da superfície externa da estrutura tubular para as dimensões prescritas.

[0062] A estrutura tubular compósita pode ser fornecido um conector ou um encaixe ou fixação de extremidade apenas em uma extremidade, ou

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19/30 com mais frequência em ambas as extremidades.

[0063] A Figura 7 mostra uma extremidade da estrutura tubular compósita acabada 200, onde um encaixe ou fixação de extremidade, tal como uma haste 80 com uma superfície de rosca de parafuso macho 82, foi parafusado à rosca 52 da porca interna 53 da porca embutida 50. Enroscada no encaixe ou fixação de extremidade 80 está uma porca externa 84, seguida por uma cunha anular 86. A superfície interna inclinada 88 da cunha anular 86 coincide e se encaixa com a superfície externa 77 da seção afunilada para dentro 72. O encaixe ou fixação de extremidade 80 é gradualmente parafusado à superfície de rosca 52 da porca embutida 50. Ao apertar o encaixe ou fixação de extremidade 80 na porca interna 53, a superfície interna inclinada 88 da cunha anular 86 é presa firmemente à superfície externa 77 da seção afunilada para dentro 72 do membro compósito 70, criando assim uma conexão rígida para transmitir as cargas axiais e, possivelmente, torque.

[0064] A compressão ao longo da espessura pode ser pré-carregada ajustando o aperto da porca externa 84, e/ou apertando a conexão entre o encaixe ou fixação de extremidade 80 e a porca de múltiplas partes 50 embutida. Altemativamente, um PCD (Círculo Primitivo do Diâmetro) dos parafusos 87 (mostrados nas figuras 9a-b e ilustrados nas Figuras 1 a 3 de WO 2009/06670, que é incorporado por referência) pode ser usado para conduzir a cunha anular 86 até a superfície externa 77 da seção afunilada para dentro 72. Uma lacuna 90 pode ser deixada entre a extremidade axial da estrutura tubular 200 e a porca externa 84 a fim impedir o enfraquecimento da estrutura tubular compósita 200 através do contato.

[0065] A Figura 8 mostra uma configuração similar àquela da Figura

7, a não ser pelo fato de que o liner 60 varia em diâmetro ao longo da direção axial, de modo que o membro compósito 70, que é formado em tomo do liner

60, também varia em diâmetro ao longo da direção axial. Além disso, a espessura de parede do membro compósito 70 varia, de modo que onde o

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20/30 membro compósito 70 tiver um diâmetro maior, a parede do membro compósito 70 será mais fina comparado à espessura de parede do membro compósito 70 onde o membro compósito 70 tiver um diâmetro menor. Adicionalmente, na seção afunilada para dentro 72 na extremidade do membro compósito 70, a espessura de parede parece aumentar em direção à extremidade axial do membro compósito 70. Altemativamente a espessura de parede na seção afunilada para dentro pode ser uniforme ou pode até mesmo reduzir em espessura até a extremidade.

[0066] As Figuras 9a e 9b mostram uma configuração similar àquela da Figura 8, com a exceção que há um flange 85 fixado permanentemente ao encaixe ou fixação de extremidade 80 em vez da porca externa 84. Um PCD (Círculo Primitivo do Diâmetro) de parafusos 87 passa através do flange 85 até entrar em contato com a cunha 86. A rosca 82 do encaixe ou fixação de extremidade 80 pode ser apertada na rosca 52 da porca embutida 50 para trazer mais perto o flange 85 ou a pluralidade de parafusos 87 pode ser apertada por sua vez para ajustar a pré-carga na conexão 80, 85, 86, 87.

[0067] Como pode ser visto na Figura 8, a espessura de parede da seção afunilada para dentro 72 do membro compósito 70 pode aumentar até a extremidade do membro compósito 70, isto é, o ângulo de afunilamento (relativo ao eixo central ou Unha central CL) da superfície interna 78 da seção afunilada para dentro 72 é maior do que o ângulo de afunilamento da superfície externa 77 da seção afunilada para dentro 72. Entretanto, esse não é necessariamente o caso. A Figura 9a mostra o membro compósito 70 com uma espessura de parede constante (isto é, uniforme) na seção afunilada para dentro 72, enquanto a Figura 9b mostra a espessura de parede da seção afunilada para dentro 72 reduzindo até a extremidade do membro compósito 70.

[0068] Como o membro tubular compósito 70 fica preso entre a cunha anular 86 e o membro de suporte interno 51 da porca de múltiplas partes

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21/30 embutida 50, a conexão é particularmente apropriada para transmitir cargas compressivas e de tração axiais.

[0069] A Figura 10 mostra a disposição da Figura 7 sendo submetida a uma carga compressiva Fc fora dos limites das cargas de tração operacionais normais. As cargas compressivas são transferidas à cunha anular 86 através da interação da porca externa 84 no encaixe ou fixação de extremidade 80 do conector impelindo contra a cunha anular 86. Isto faz com que tensões circunferenciais H surjam sob a cunha anular 86 onde ela engranza a superfície externa 77 da seção afunilada para dentro 72 do membro compósito 70. Ao mesmo tempo, uma vez que uma carga de trabalho predeterminada tiver sido excedida, a porca interna 53, que também está recebendo cargas compressivas por meio do encaixe ou fixação de extremidade 80, é forçada a deslizar em relação ao membro de suporte interno 51 numa direção para longe da extremidade, e para dentro do corpo, do membro compósito 70, e assim para longe do membro de suporte interno 51. Isto é facilitado pelas primeira e segunda superfícies de deslizamento si, S2. Com esse deslocamento da porca interna 53 (extremamente exagerado na Figura 10), o membro de suporte interno 51 pode permanecer no lugar contra à superfície interna 78 da seção afunilada para dentro 72. As tensões circunferenciais H podem então sofrer oposição da resistência (resistência do anel ou aro) do membro de suporte interno 51, mantendo o formato cônico da seção afunilada para dentro 72 para impedir ou resistir à ruptura.

[0070] Esta disposição também ajuda a reduzir o desgaste da seção afunilada para dentro 72 ao manter o contato entre a seção afunilada para dentro 72 do membro compósito 70 e as regiões correspondentes da cunha anular 86 e do membro de suporte interno 51 da porca de múltiplas partes embutida 50. Isto resulta em vida produtiva mais longa.

[0071] As Figuras lla-d mostram uma disposição alternativa onde as superfícies deslizantes da porca interna 53 e do membro de suporte interno 51

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22/30 estão inclinadas em relação à linha central CL. As Figuras 1 lb e 1 ld mostram a disposição da figura 11a e 11c respectivamente, onde o liner foi removido.

[0072] Na disposição das Figuras 11c e lld, há um limitador radialmente saliente 56 em uma extremidade da porca interna 53, configurado para limitar o deslizamento do membro de suporte interno 51 sobre a porca interna 53 em uma direção.

[0073] Entretanto, a provisão de um limitador radialmente saliente 56 não é estritamente necessária, desde que o membro de suporte interno 51 seja limitado em sua habilidade de deslizar sobre a porca interna 53 nessa direção, especificamente numa direção para longe da extremidade, e para dentro da porção do corpo principal 2, do membro tubular compósito 70. A razão para isto é o diâmetro crescente da primeira superfície deslizante radialmente externa si da porca interna 53 que aumenta numa direção até a porção do corpo principal 2 do membro compósito alongado 70.

[0074] De todo modo, se um liner 60 estiver ainda presente dentro da estrutura tubular compósita como mostrado na Figura 11a, isto ainda pode funcionar para fornecer um pouco de limitação na distância de deslizamento do membro de suporte interno 51.

[0075] O membro compósito pode ter simetria rotatória ao longo de um eixo central longitudinal ou Unha central CL, para definir um raio interno (n), um raio externo (r₀) e uma espessura de parede (w = r₀ - n) do membro compósito ao longo de suas três seções distintas: as duas seções afuniladas para dentro e a porção do corpo principal entre elas, como mostrado na Figura

1.

[0076] A porção do corpo principal 2 pode ter um raio interno constante n. Em comparação, as seções afuniladas para dentro 72 têm um raio interno em mutação progressiva que é menor ou igual ao raio interno da porção do corpo principal. Altemativamente, a porção do corpo principal 2 pode variar de raio interno ri na direção longitudinal da linha central CL. Por

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23/30 exemplo, o raio interno ri do corpo principal 2 pode aumentar na direção longitudinal de uma extremidade à outra (exagerada na Figura 2b). Em outro exemplo, o raio interno da porção do corpo principal pode aumentar na direção longitudinal a partir de cada extremidade do membro compósito até seu meio, dando forma a uma “forma de limão” (exagerada na Figura 2c) ou a um formato convexo similar onde uma resistência maior à encurvadura pode ser fornecida pela estrutura mediana mais larga. Ao variar o raio, a estrutura tubular pode ser adaptada para suporte melhorado contra encurvadura sob cargas pesadas ou ao ser flexionada.

[0077] A estrutura tubular compósita pode ter uma espessura de parede que varie no sentido longitudinal. Uma parede mais fina pode ser usada onde o raio da estrutura tubular for maior, em comparação com uma parede mais espessa, onde o raio da estrutura tubular é menor.

[0078] A estrutura tubular compósita pode ser usada como uma haste de pistão em um atuador hidráulico. A estrutura tubular compósita pode ser usada como um tirante de direção ou em qualquer outra aplicação onde uma haste sofrer tensão e/ou compressão significativa.

[0079] Quando a estrutura tubular compósita 200 for uma haste de pistão, a cunha anular 86 poderá ser uma cabeça de pistão. A conexão pode consequentemente formar parte de um atuador hidráulico compreendendo uma haste de pistão compósita. A haste de pistão compósita pode compreender uma porção da conexão em uma extremidade para permitir a conexão mecânica da haste de pistão compósita a uma cabeça de pistão. O diâmetro externo máximo do membro compósito 70 e qualquer porção de conexão da haste de pistão compósita é igual ou menor que o diâmetro de uma vedação de glândula que veda em tomo da haste de pistão durante a operação do atuador hidráulico.

[0080] O tensor pode ser qualquer meio que pode servir para puxar a porca embutida 50 dentro da seção afunilada para dentro 72 até a extremidade

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24/30 do membro compósito 70 e empurrar a cunha anular 86 para a seção afunilada para dentro 72 a fim de prender a seção afunilada para dentro 72 entre elas. O tensor 84, 85, 87 pode fornecer uma pré-carga sobre a conexão ao puxar a porca embutida 50 enquanto empurra a cunha anular 86.

[0081] A carga de aperto (pré-carga) pode ser de magnitude maior do que as cargas de tração ou compressivas axiais sob as quais está o sistema e, portanto, pode não haver nenhum movimento relativo entre as superfícies do compósito e da porca embutida 50 ou da cunha anular 86 durante a utilização, o que pode causar falha por fadiga de desgaste.

[0082] O tensor pode compreender uma porca 84 ou pode compreender um ou mais parafusos (com ou sem porca) 87 secundários, como mostrado na Figura 9, que podem exercer uma força contra a cunha anular 86. Os parafusos secundários podem ser referidos como parafusos de gancho compressivos e podem estender-se através de um flange anular 85 de uma cabeça de parafuso fornecida no encaixe ou fixação de extremidade 80 que engranza uma rosca da porca embutida. Ao ter uma pluralidade de meios de carga espaçados circunferencialmente ao redor de uma face de extremidade axial da cunha anular 86, a força de aperto (pré-carga) aplicada entre a cunha anular 86 e a porca embutida 50 pode ser aplicada uniformemente e gradualmente ao longo da circunferência.

[0083] O tensor pode ser projetado de modo que exerça apenas uma força de passagem, isto é, uma força de aperto, sobre a seção afunilada para dentro 72, que é presa entre a cunha anular 86 e a porca embutida 50; pode ser projetado para deixar um recesso 90 de modo que não ponha qualquer força direta sobre uma extremidade axial do componente compósito 70.

[0084] As seções afuniladas para dentro 72 podem ter, cada uma, um ângulo de afunilamento entre 5 e 25° em relação a um eixo central, isto é, a

Unha central CL da estrutura tubular compósita, isto é, é um ângulo de afunilamento relativamente raso. A faixa do ângulo de afunilamento pode ser

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25/30 maior ou igual a 8^o e/ou menor ou igual a 15° em relação a um eixo central da estrutura tubular compósita. Isto permite uma boa transmissão de, em particular, forças axiais através da conexão.

[0085] Um ângulo de afunilamento maior pode ser benéfico para reduzir o comprimento da conexão. No entanto, quanto maior o ângulo de afunilamento, mais difícil será fabricar a estrutura tubular compósita. Portanto, o ângulo de afunilamento é um compromisso entre esses dois fatores. Verificou-se que uma faixa de 8 a 15 graus fornece uma boa transferência de carga, sendo, ao mesmo tempo, relativamente simples de fabricar.

[0086] Verificou-se que uma disposição com uma estrutura tubular compósita de 1 polegada (cerca de 2,5 cm) de diâmetro e um ângulo de afunilamento de diâmetro interno e externo de cerca de 10 graus é capaz de transmitir mais de 130 kN de carga.

[0087] Um ângulo de afunilamento interno e um ângulo de afunilamento externo da seção afunilada para dentro 72 do membro compósito 70 podem ser diferentes.

[0088] Durante a utilização, dentro do conjunto conector, cargas axiais resultam em tensões circunferenciais e ao longo da espessura. Ao ter um membro compósito com ângulos de afunilamento diferentes no diâmetro interno e o diâmetro externo da seção afunilada para dentro, a razão entre as tensões circunferencialrao longo da espessura podem ser adaptada para oferecer uma junta de força máxima.

[0089] Como mencionado acima, o membro compósito 70 da estrutura tubular 200 pode ser formado em tomo de um liner 60. O liner 60 pode incluir uma variedade de possíveis materiais que fornecem um substrato ao redor dos quais os filamentos podem ser enrolados. O liner 60 pode ser um material diferente do do membro compósito 70. O liner 60 pode ser um material leve, por exemplo, menos denso do que o material do membro

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26/30 compósito ao qual ele oferece suporte. O material do liner pode ser deformável, por exemplo, através da aplicação de pressão e calor, para que ele possa ser moldado para diferentes perfis. Em um exemplo, o liner 60 é um material polimérico, tal como polipropileno ou polietileno.

[0090] O formato do liner 60 pode ser escolhido para otimizar o formato e, portanto, a capacidade para suportar cargas do membro compósito 70 porque a superfície interna do membro compósito 70 toma a forma da superfície externa do liner 60. Assim, o liner 60 pode ser pré-formado com um raio externo que varie com a distância longitudinal ao longo de um eixo do liner. O liner 60 pode ser pré-formado, por exemplo, extrudado e/ou moldado, montado, etc., com uma região mediana tendo um raio externo maior em comparação com as extremidades do liner. Em outro exemplo, o liner 60 pode ter um raio externo maior em uma extremidade, em comparação com a outra. Isto pode ser em adição a uma região mediana do liner 60 ter sido expandida ou simplesmente ser maior do que a outra extremidade do liner. Noutro exemplo, o liner 60 pode ser formado de modo a ter um perfil longitudinalmente assimétrico, mas axissimétrico, ao longo do seu comprimento.

[0091] O liner 60 pode ajudar a segurar as porcas 50 no lugar durante o processo de enrolamento e cura. Para este efeito, as porcas embutidas 50 podem cada uma compreender um degrau 54 na sua superfície externa para fixação ao liner 60, com o liner 60 tendo um raio externo que segue o da porca 50 para definir um raio interno do membro compósito 70 no sentido longitudinal. Na porca de múltiplas partes 50, o degrau 54 pode compreender um degrau entre uma superfície radialmente mais externa da porca interna 53 e uma superfície radialmente mais externa do membro de suporte interno 51.

[0092] Juntamente com as porcas 50, o liner 60 pode manter um ambiente vedado dentro do membro compósito 70 da estrutura tubular 200 durante o processamento. Uma pressão interna pode ser mantida (ou elevada

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27/30 durante o processamento) dentro do liner, por exemplo, para fornecer resistência às forças de enrolamento para manter dimensões e/ou manter dimensões durante o processo de cura.

[0093] O liner 60 pode ser removido posteriormente por fusão, dissolução, queima ou outro processo de remoção de material. O material do liner 60 pode ser drenado ou de outro modo extraído através de uma das porcas 50 na seção interiormente afunilada 72 do membro tubular compósito 70. Ele pode ser removido totalmente ou parcialmente removido.

[0094] O liner 60 podería também ser destacado de dentro do membro compósito 70 da estrutura tubular compósita 200, ele podería ser desemaranhado ou ele podería ser desmantelado de alguma outra forma para permitir que o liner 60 seja removido. Por exemplo, o liner 60 pode ser removido por degradação usando luz UV ou outro desencadeador.

[0095] Altemativamente, o liner 60 pode ser retido e pode permanecer intacto dentro do membro compósito 70 da estrutura tubular compósita 200. Durante a fixação dos conectores 80, 84, 86, o forro 60 pode prender as porcas embutidas 50 no lugar em cada seção afunilada para dentro 72 do membro compósito 70 da estrutura tubular compósita 200, impedindo que as porcas 50 se separem das seções afuniladas para dentro 72 (ou seja, movendose para longe da extremidade associada do membro compósito 70). O liner 60 pode fornecer um engate mecânico com a porca embutida 50, impedindo o deslizamento e a rotação da porca 50 enquanto um conector é fixado no lugar (ou seja, quando um tensor é conectado à porca). Isto pode ser alcançado, por exemplo, fornecendo o liner 60 com formações em tomo de sua circunferência onde ele encostar na porca 50. A porca 50, tendo formações opostas (ou seja, configuradas para engate com as formações do liner), podería então ser presa firmemente no lugar pelo liner de modo que, durante o processo de fixar um conector 80, 84, 86, a porca 50 não precisa depender apenas da força de ligação entre o compósito curado para resistir às forças

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28/30 rotacionais provenientes do aparafusamento das partes de um conector; ela também pode ser travada em certa medida pelo liner. A título de exemplo, um ou mais dentes poderíam ser fornecidos no liner 60 ou porca 50, para engate com cavidades dispostas na porca 50 ou no liner 60, respectivamente.

[0096] De forma semelhante, o membro de suporte interno 51 e a porca interna 53 podem incluir algum tipo de formação, por exemplo, uma estria ou projeção engranzando com um sulco ou recesso, para evitar que a porca interna 53 rode em relação à seção afunilada para dentro 72 quando um conector 80, 84, 86 estiver sendo instalado ou substituído.

[0097] Quando um liner 60 não for usado, um estágio de controle de processo separado pode ser desejado no processo de produção para manter as porcas 50 firmemente ligadas ao membro compósito antes um conector 80, 84, 86 ser fixado (pois se uma porca se soltar, ela pode ficar perdida dentro do corpo da estrutura tubular compósita). As porcas 50 podem ter que passar por um estágio de preparação de superfície, por exemplo, onde elas passam por granalhagem para adicionar textura/rugosidade à superfície, limpas e/ou preparadas antes que sejam embutidas no membro compósito 70, para garantir a ligação adequada com a estrutura tubular compósita. Com a adição de um liner 60, tal estágio de controle de processo pode ser evitável com as porcas 50 permanecendo no lugar por meio de engate com o liner 60 durante o processo de fixação do conector 80, 84, 86.

[0098] Como outro exemplo, o liner 60 pode ser impermeável ao fluido, portanto, pode conter fluido e/ou atuar como um conduíte para fluidos. Assim, o liner 60 pode conter um fluido pressurizado que permite que a estrutura tubular, por exemplo, resista a certas forças de flambagem e cause danos durante o uso ou fabricação de uma estrutura, em conjunto com a qual deva ser usada. A estrutura tubular 200 podería fornecer um reservatório ou um conduíte para fluidos, por exemplo, fluidos hidráulicos ou refrigerantes. A retenção de um fluido na forma de um gás pode ser útil para aumentar a

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29/30 flutuabilidade. Um liner impermeável 60 também podería ser pressurizado durante o enrolamento e/ou cura do membro compósito 70 da estrutura tubular compósita 200 para assegurar a forma final da estrutura tubular compósita 200. Isto pode permitir também o uso de um liner 60 mais fino e menos rígido, que também seria mais leve no produto final onde é retido.

[0099] Como outro exemplo, o liner 60 pode ser feito de metal ou outro material condutor e, assim, pode fornecer uma via condutora para eletricidade. Ele pode, por exemplo, ser usado para aterrar componentes, para transmitir sinais elétricos e/ou fornecer proteção contra raios.

[00100] O liner 60 também pode fornecer outras propriedades estruturais e/ou materiais vantajosas que são suplementares às propriedades inerentes do membro compósito.

[00101] A estrutura tubular compósita 200 pode ter um alinhamento de fibra que é unidirecional ou multiaxial e pode ser fabricada por costura compósita, disposição, enrolamento filamentar ou qualquer outro processo conhecido para produzir elementos compósitos tubulares. A estrutura compósita também pode ser produzida a partir de qualquer combinação conhecida de fibra e matriz. Por exemplo, a estrutura tubular compósita pode ter carbono ou vidro para a fibra e pode ter polímeros termofixos ou termoplásticos para a matriz. O material do conector pode ser determinado pela natureza e amplitude do revestimento de carga desejado e condições ambientais.

[00102] Geralmente, o membro de suporte interno 51 está na forma de um anel com uma superfície externa cônica 58. Concebivelmente, podería compreender múltiplas partes, por exemplo, duas seções semicirculares ou semianulares, ou mais seções que se encaixam para formar um formato frustocônico anular.

[00103] Além disso, a porca de múltiplas partes 50 pode ser feita de mais de duas partes. Por exemplo, um anel, luva ou colar pode ser

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30/30 posicionado entre o membro de suporte interno 51 e a porca interna 53. As superfícies deslizantes S1S2 da porca interna 53 e do membro de suporte interno 51, respectivamente, podem deslizar contra uma superfície deslizante intermédia para obter o efeito da porca interna 53 de ter a capacidade de deslizar para dentro, ou longitudinalmente em relação ao membro de suporte interno 51.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Estrutura tubular compósita, caracterizada pelo fato de que compreende:

um membro compósito alongado com uma seção afunilada para dentro em uma extremidade; e uma porca embutida retida na seção de extremidade afunilada para dentro para formar uma conexão com outro componente, em que a seção de extremidade afunilada para dentro tem uma superfície interna que segue uma superfície externa afunilada da porca embutida, em que a seção afunilada para dentro estreita o membro compósito em um sentido longitudinal em direção à extremidade de modo a fornecer uma constrição que retenha a porca embutida dentro da seção afunilada para dentro;

em que a porca embutida compreende uma porca de múltiplas partes, compreendendo uma porca interna e um membro de suporte interno, e em que a porca interna está disposta para deslizar dentro do membro de suporte interno em um sentido afastado da extremidade de e em direção ao membro compósito alongado quando a estrutura tubular compósita está em condições de carga compressiva axial excessiva.
2. Estrutura tubular de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que:

a porca interna tem uma superfície de engate radialmente interna para se engatar com um encaixe ou fixação de extremidade e uma primeira superfície de deslizamento radialmente externa; e o membro de suporte interno tem uma superfície radialmente externa que fornece a superfície externa afunilada da porca embutida e uma segunda superfície de deslizamento radialmente interna para entrar em contato e deslizar na primeira superfície de deslizamento da porca interna.
3. Estrutura tubular de acordo com a reivindicação 2,

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2/5 caracterizada pelo fato de que pelo menos uma porção da primeira superfície deslizante da porca interna e uma porção da segunda superfície deslizante do membro de suporte interno são paralelas a um eixo central da porca interna.
4. Estrutura tubular de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma porção da primeira superfície deslizante da porca interna e uma porção da segunda superfície deslizante do membro de suporte interno estão em um ângulo inclinado em relação a um eixo central da porca interna, em que se inclina radialmente em direção ao eixo central em um sentido em direção à extremidade do membro compósito alongado, em que o ângulo é maior que 0^o; e em que, opcionalmente, o ângulo é menor do que o ângulo da superfície externa afunilada da porca de múltiplas partes.
5. Estrutura tubular de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizada pelo fato de que a estrutura tubular compósita inclui um conector para fornecer uma conexão com outro componente, em que o conector compreende: um encaixe ou fixação da extremidade para engatar a porca interna da porca de múltiplas partes, em que o engate ocorre na seção afunilada para dentro; uma cunha anular configurada para impelir uma superfície externa da seção afunilada para dentro; e um tensor fornecido para exercer uma força de aperto na seção afunilada para dentro por meio da cunha anular.
6. Estrutura tubular de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o membro de suporte interno está disposto para permanecer no local em relação à superfície interna da seção afunilada para dentro em condições de carga compressiva axial excessiva para se opor às tensões circunferenciais exercidas pela cunha anular na superfície externa da seção afunilada para dentro.
7. Estrutura tubular de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizada pelo fato de que a porca interna compreende uma

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3/5 porção radialmente saliente em uma extremidade que está configurada para limitar o deslizamento da porca interna dentro do membro de suporte interno em um sentido em direção à extremidade do membro compósito alongado, para ajudar na transmissão de cargas axiais em condições de carga de tração.
8. Estrutura tubular de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizada pelo fato de que as seções afuniladas para dentro têm um ângulo de afunilamento entre 5 a 25° com um eixo central da estrutura, opcionalmente entre 8 e 15°.
9. Estrutura tubular de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um liner dentro do membro compósito, e em que a porca embutida compreende um degrau na sua superfície externa para fixação do liner, em que o degrau é fornecido por uma diferença radial entre uma superfície radialmente mais externa da porca interna e uma superfície radialmente mais externa do membro de suporte interno, em que o liner se sustenta no degrau para definir um raio externo que segue aquele da porca para definir um raio interno do membro compósito na direção longitudinal.
10. Estrutura tubular de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizada pelo fato de que a estrutura tubular compreende uma seção afunilada para dentro em ambas as extremidades, cada uma retendo uma porca de múltiplas partes embutida.
11. Método de fabricação da estrutura tubular como definida em qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que compreende:

fixar uma porca a uma extremidade de um liner para fornecer uma superfície para depositar filamentos sobre ela, em que a porca tem uma superfície externa afunilada e em que é disposta de modo que a superfície externa se afunile em um sentido que se afaste do liner;

em que a porca compreende uma porca de múltiplas partes,

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4/5 compreendendo uma porca interna e um membro de suporte interno, no qual a porca interna é capaz de deslizar dentro do membro de suporte interno em um sentido que se afaste da sua extremidade associada de e para o membro compósito alongado; e depositar filamentos em tomo do liner e da porca fixa para formar um membro compósito com uma porção do corpo principal e uma seção afunilada para dentro na extremidade com a porca embutida, em que a seção afunilada para dentro tem uma superfície interna que segue a superfície externa afunilada da porca embutida.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a porca de múltiplas partes: a porca interna pode ter uma superfície de engate radialmente interna para se engatar com um encaixe ou fixação de extremidade e uma primeira superfície deslizante radialmente externa; e o membro de suporte interno pode ter uma superfície radialmente externa compreendendo a superfície externa afunilada da porca embutida, e uma segunda superfície deslizante radialmente interna para contato e deslizamento sobre a primeira superfície deslizante radialmente externa da porca interna, em que o método pode incluir fixar o membro de suporte interno à porca interna usando um parafuso em uma extremidade do membro de suporte interno e a porca interna distai a partir do liner;

e, opcionalmente, em que o método compreende ainda uma etapa de fixação de uma porca de múltiplas partes à outra extremidade do liner.
13. Método de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o liner é sustentado entre duas partes de um mandril enquanto a deposição de filamento estiver ocorrendo;

opcionalmente, em que cada parte do mandril compreende ainda:

um degrau radial para dentro, de modo que uma porção do

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5/5 mandril tenha um diâmetro maior e uma porção do mandril tenha um diâmetro menor; e em que, uma vez que o enrolamento tiver sido concluído e o mandril for removido, é feito um corte em um sentido radialmente interno por meio do membro compósito e, opcionalmente, a porca de múltiplas partes em uma posição adjacente ao parafuso, e o mandril, em que quaisquer enrolamentos de filamento em excesso, o parafuso e, opcionalmente, quaisquer porções extraídas da porca embutida são removidos.
14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que o método compreende a pressurização do liner durante uma operação de enrolamento e/ou formação e/ou cura, e/ou no serviço subsequente da estrutura tubular, e/ou opcionalmente em que: o liner é subsequentemente retido dentro da estrutura tubular; ou em que o liner é removido de dentro da estrutura tubular por fusão, dissolução, queima, descascamento, desfiamento, fragmentação, degradação por UV ou outro processo de remoção.
15. Método de melhoria da força compressiva de uma conexão com uma estrutura tubular de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que compreende uma porca embutida, em que o método compreende o uso de uma porca embutida compreendendo uma porca interna e um membro de suporte interno, em que o membro de suporte interno permanece no lugar em relação a uma superfície interna da seção afunilada para dentro para se opor às tensões circunferenciais compressivas aplicadas por meio da cunha anular sobre a superfície externa da seção afunilada para dentro do membro compósito alongado, permitindo o deslizamento da porca interna dentro do membro de suporte interno em um sentido que se afaste da extremidade de e para o membro compósito alongado em condições de carga axial compressiva excessiva.