CN101631668B - 制作复合材料的加强材的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造至少一个加强材元件的方法，所述方法包括如下步骤：从纤维板中切割出两个基本上相同的细长侧腹板(2、4)，每个侧腹板在中心部分(6)的两侧上有两个侧向突出部(10、14)；重叠侧腹板(2、4)，并沿标记侧向突出部和中心部分之间的边界的两个平行线(8、12)将它们缝合在一起；以及沿着缝合线将侧向突出部(10、14)朝向按如此方式形成的组件的两侧弯折以形成凸缘(22、24)。

Description

制作复合材料的加强材的方法
技术领域
本发明涉及用复合材料制成的加强材，其用于加强诸如板片之类的薄型结构元件，尤其是用于航空应用中。
背景技术
飞机或直升飞机包括尺寸可以做得相当大的薄型结构材料，且其需要承受沿各种方向作用的各种机械应力，同时又要保持尽可能轻的重量。
已知可用诸如碳纤维、玻璃纤维或芳族聚酸胺纤维之类的纤维制成的板来制作如此薄的结构元件。在该板内，纤维分层地或层板地组合在一起，这些层或层板又彼此组装，尤其是采用编织的方法。因此板具有一定的强度，可使它们可被切割和搬运。从如此板中切割出的部分然后组装在一起，此后，用可聚合的树脂浸渍它们，以便获得结构元件。
赋予该种薄型结构元件以刚度同时又要使所述薄型结构元件重量最轻的众所周知的一种方法就是对板施加加强材。
以下文件详细说明了现有技术：US 462 254、EP 1 023 986、EP 0 056 352、US 5 518 564以及US 4 966 802。
发明目的
本发明寻求提供用类似于制作薄型结构元件所用的那些薄板来制造加强材的非常简单的手段。
发明内容
为此目的，本发明提供一种制造至少一个加强材的方法，所述方法包括如下步骤：
从纤维板中切割出两个基本上相同的细长侧腹板，每个侧腹板在中心部分的两侧上有两个侧向突出部；
重叠该两个侧腹板，并沿标记侧向突出部和中心部分之间的边界的两个平行线将它们缝合起来；以及
沿着缝合线将侧向突出部朝向按如此方式形成的组件两侧弯折。
以此方法折出的侧向突出部形成加强材的加劲肋，这些肋成对地沿两个平行平面延伸，以在加强材元件的腹板上的两侧上形成凸缘，上述腹板由侧腹板的中心部分构成。缝合线由此构成自然折线。这些缝合线由此从所述肋的基部延伸并构成肋连接到加强材上的点，由此提供良好的结合并提高抗御损坏的能力，并为所得部件提供更高的刚度。
附图说明
参照附图，阅读以下由实例给出的描述，可以更好地理解本发明，并且更加清楚地显现出其它的特征和优点，附图中：
图1是两个侧腹板的立体图，侧腹板从纤维板中切割出并用缝合方法组装在一起，以便制作本发明一特殊实施方案中的加强材；
图2是图1中两个侧腹板弯折之后的立体图；
图3是一加强材的立体图，它是在另一变体实施方案中制作的；
图4是图3加强材的局部正面图；
图5是本发明一特殊实施方案中组装在一起的加强材的立体图；
图6是图5加强材的立体图，显示为它们已经弯折之后；
图7是设有一个阵列的加强材的板片的正面图；
图8示出所述板沿图7中线VIII-VIII截取的剖视图；以及
图9是组装一起的加强材的加劲的立体图。
具体实施方式
图1示出加强材如何制造成一细长加强材的形式。制造由从纤维板中切割出两个相同的侧腹板2和4开始，这两个侧腹板切割成细长的形状。最好使用由重叠层板制成的板，层板本身通过适于对层板施加结合力的连接而互连，从而便于如此切割出的侧腹板的加工，例如，上述连接包括层板间的缝合或编织。纤维可以是玻璃纤维、碳纤维或实际上是芳族聚酸胺纤维。
每个侧腹板2、4具有一形成为矩形条带的中心部分6，该条带在每个侧腹板的全长上延伸。中心部分6部分地沿其长边并对称地与两个侧向突出部10和14接壤，这些侧向突出部10和14形成小宽度的矩形条带。这些侧向突出部10和14在中心部分6的端部前终止，由此形成中心部分的两个自由端16和18，在此实例中，两个端部长度相同。
侧腹板2和4重叠并用两条平行缝合直线8和12将它们缝合在一起，缝合直线8和12沿着各个侧腹板的中心部分6延伸，并使侧向突出部10和14与中心部分分离。
图2示出以下加工步骤中的侧腹板2和4。在该步骤中，侧向突出部10和14沿着中心部分6的两侧上的缝合线8和12弯折成直角，以使两个侧腹板中的侧向部分10位于一共同的平面内，同样地，使另一侧向突出部14同样在一共同的平面内延伸。这产生凸缘22和24，它们关于两个侧腹板2和4之间接触平面呈对称形状，凸缘22和24在由侧腹板中心部分构成的加强材腹板的两侧上延伸。
然后，例如用众所周知的转移方法用树脂浸渍以此方法制成的组件，转移方法诸如在压力或真空渗透下的注射。然后使树脂硬化，在此实例中用聚合的方法。
加强材1的横截面通常呈I形，侧腹板2和4的两个相邻的中心部分6形成加强材的腹板20，而侧向突出部10和14形成加强材的凸缘22和24。该众所周知的I形截面能使加强材制成这样的梁的形式：其面对各种机械应力具有良好的强度，尤其是良好的抗弯强度，同时所用的材料量为最少，由此能限制重量和制造成本。
可以看到本发明的加强材1具有良好的结合力，这是因为由两个侧腹板2和4形成的两个对称部分沿着其长度用含有增强纤维的缝合线8和12连接在一起，且它们本身浸渍有树脂并沿垂直于腹板20的方向延伸。该类型的缝合可适于沿此方向添加或多或少量的纤维。
此外，缝合线8和12沿着腹板20的边缘形成，位于凸缘22和24的基部，那里应力很高，它们占据了两个间距很开的直线，以便赋予该组件更佳的刚度。
图3和4示出加强材的一变体的实施例，而其由类似于图1的两个侧腹板2和4加工而成，并用两个缝合线8和12组装在一起。
在弯折操作之前，各个侧腹板2和4的自由端16在背对背接合时使其外表面被同样从纤维板切割出来的第一、第二和第三加劲元件30、32和34覆盖。
加劲元件30、32和34呈矩形，其三个侧边匹配于端部16的轮廓线。对于第一加劲元件30，朝向侧腹板2和4中心部分的第四侧边基本上终止成与侧向突出部10和14的端部齐平。第二加劲元件32的第四边和第三加劲元件34的第四边相继地偏移，从而形成一个台阶形的截面，其厚度朝向侧腹板2和4的端部增大。
两组三个加劲元件30、32和34和支承侧腹板2和4沿着多个缝合线38横贯其厚度缝合在一起，缝合线38从最大的加劲元件30开始以便将组件固定在一起，同时还沿垂直于该平面的方向添加增强纤维。一连接元件可固定到加强材1的端部16，例如，通过刺破端部16并将一金属连接元件配装在生成的洞内从而实现上述的固定。如果该连接施加一弯矩，则由于加劲元件30、32和34厚度的规则变化使得弯矩逐渐地传递到加强材的腹板20。举例来说，连接元件可由安装在加强材端部上的一个铰接的端部配件构成，其可用作为一连接臂。
当然，加劲元件的数量可以根据所要获得的刚度进行调整。如果不需要将紧固元件配装到加强材，则也可省略加强材的一个或两个自由端。
图5和6示出组装的方法，例如，为了形成构成一个阵列的加强材。用上述方法形成第一加强材坯料40a，其具有两个缝合在一起的侧腹板2a和4a，侧向突出部10a和14a尚未进行弯折。
同样地，还制作宽度基本上相同的第二加强材坯料40b，其同样包括两个缝合在一起的侧腹板2b和4b。其侧向突出部同样尚未进行弯折。
这两个加强材坯料40a和40b纵向地重叠，一个平靠着另一个，使其中心部分至少部分地交叠。第二加强材坯料40b的自由端16b放置在第一加强材坯料40a的中心部分6a上。然后设置缝合线48将第二加强材坯料40b的自由端16b连接到第一加强材坯料40a的中心部分6a上。由于所有重叠的侧腹板仍然是平的，所以该操作较为容易。
从图6可见，然后弯折第二加强材坯料40b，在此实例中，沿着标记第二加强材坯料40b的缝合端16b和其余部分之间边界的弯折线L，相对于第一加强材坯料40a成直角地弯折第二加强材坯料40b。此后，各个加强材坯料的侧向突出部10a、14a、10b和14b按如上所述的方法依次进行弯折以构成凸缘22a和22b。这提供了由两个互连的加强材构成的加强材阵列。
对每个加强材40a和40b的中心部分6a和6b选择相同的宽度，两个加强材的凸缘22a和22b就可位于共同的平面内。此外，通过沿弯折线40弯折第二加强材坯料40b，可获得连续性，使凸缘22a和22b从一个加强材延伸到另一个加强材。
在本发明的一个特殊方面，通过添加从纤维板中切割出的加劲条带52a和52b，它们配装在加强材的凸缘22a和22b上，使加强材得以加劲。在图6所示的实例中，加劲条带52a覆盖第一加强材40a的凸缘22a，而加劲条带52b覆盖第二加强材40b的凸缘22b。加劲条带用图8中也可见的缝合线54缝合到凸缘22a和22b上。此时可看到，加劲条带52a和52b交叠在加强材坯料40a和40b之间的连接处，由此有利于加劲该种连接。
图7示出多个加强材62和68，它们使用上述技术进行组装以形成网格阵列形式的加强材元件，用来加劲从纤维板切割出的板片16并成形为夹具或模具。以此方式形成的加强材阵列可放置在板片上，与板片接触的凸缘缝合到板片上。
图8示出加强材阵列的加强材62之一如何组装到板片60上。缝合线64将加强材的底部凸缘24连接到板片60。构成加强材阵列的所有加强材的所有凸缘当然都缝合到板片60。
通过对板片60和加强材62和68使用同样的材料，可确保组件完全地均匀，并使用类似材料来制成各连接。
图9示出另一类型的加劲条带72，其成十字形，同时覆盖第一加强材62的顶部凸缘和两个加强材68的顶部凸缘，这两个加强材68对准地从第一加强材62的两侧延伸出来。然后，缝合线66将十字形条带72和加强材62和68的凸缘连接在一起。这种加劲特别适合于加劲如图7中所示网格形阵列中的交叉点。
以此方式形成的由加强材阵列和板片构成的组件然后可用树脂进行浸渍，例如，用众所周知的转移方法进行浸渍，并在其后实施聚合。
这形成带有缝合线的加强板片，其大大地提高了承受损坏的能力。例如，在发生导致板片和加强材阵列之间交接面处树脂层离的冲击事件中，缝合线则可防止加强材断开或变得与板片分离。
一般来说，缝合线可采用各种不同的缝合法来实现，尤其是使用形成簇绒缝合方法，还缝合线的数量可改变以实现连接的特殊加劲程度。较佳地是使用与构成侧腹板和加劲条带的纤维相同类型的纤维。
此外，可以众所周知的方式改变加强材的加劲纤维的定向，以便根据加强材所承受应力的方向，专门赋予这样的加强方向，使得其机械强度得以提高。

Claims (8)

1.一种制造加强材元件的方法，所述方法包括如下步骤：
从纤维板中切割出两个基本上相同的细长侧腹板(2a、4a)，每个侧腹板在中心部分(6a)的两侧上有两个侧向突出部(10a、14a)；
重叠所述侧腹板(2a、4a)，并沿标记所述侧向突出部和所述中心部分之间的边界的两个平行线(8a、12a)将所述侧腹板缝合在一起，以获得第一加强材坯料(40a)；
从纤维板中切割出两个基本上相同的细长侧腹板(2b、4b)，每个侧腹板在中心部分(6b)的两侧上有两个侧向突出部(10b、14b)，所述侧腹板具有至少一个自由端(16b)；
重叠所述侧腹板(2b、4b)，并沿标记所述侧向突出部和所述中心部分之间的边界的两个平行线(8b、12b)将所述侧腹板缝合在一起，以获得第二加强材坯料(40b)；
重叠所述两个加强材坯料，以使所述第二加强材坯料(40b)的所述自由端(16b)面向所述第一加强材坯料(40a)的所述中心部分(6a)；
将所述第二加强材坯料的所述自由端(16b)缝合到所述第一加强材坯料的所述中心部分；
弯折所述第二加强材坯料(40b)，使其相对于所述第一加强材坯料横向地延伸；以及
沿着所述缝合线(8a、12a、8b、12b)将所述侧向突出部(10a、14a、10b、14b)弯折成直角，以使所述侧向突出部形成凸缘(22a、24a、22b、24b)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少一个加强材坯料的所述侧腹板的所述中心部分(6)延伸超过所述侧向突出部，以便形成所述加强材元件的远侧自由端(16、18)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，将至少一个从纤维板中切割出的加劲元件(30、32、34)缝合在所述远侧自由端上和缝合在所述自由端处。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，将多个加劲元件(30、32、34)缝合在所述自由端的两侧上。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将从纤维板中切割出的加劲条带(52a、52b)缝制到所述凸缘上。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述加劲条带(52a、52b)在所述加强材元件的连接处交叉。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从纤维板中切割出的加劲十字形件(72)在所述加强材元件的连接处缝制到所述凸缘上。
8.一种制造加强板片的方法，所述方法包括如下步骤：
从纤维板中切割出板片(60)；
根据权利要求1制造加强材元件；以及
将所述加强材元件放置在所述板片上，并将面向所述板片的所述加强材元件的所述凸缘缝合到所述板片上。
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