CN105164326B - 具有搭接接头预型件的立体织造角件 - Google Patents

Abstract

一种立体角部搭接接头预型件，以及一种形成立体角部搭接接头预型件的方法，该预型件包括织造凸缘，其具有一个或多个延伸自凸缘的腿件。腿件可以包括一个或多个独立织造部分，其允许不用将腿件褶缝或增加附加的加强件而形成角部。独立织造部分可以包括没有织造在预型件内的经向纤维。在形成角部之前，未织造区域允许腿件的一部分的移除，允许腿件的该部分重叠而形成搭接接头。

Description

具有搭接接头预型件的立体织造角件

引用参考

本文所引用的所有专利、专利申请、文件和/或参考以引用方式并入本文，并且可以在本发明的实施中采用。

技术领域

本发明总体上涉及立体(3D)织造预型件，以及特别地涉及加强复合材料中使用的立体织造预型件。更具体地，本发明涉及能够不用褶缝(darting)或要求附加加强材料而形成为角件的预型件。更具体地，本发明涉及能够形成为具有搭接接头的角件的预型件。

背景技术

如今使用加强复合材料以产生结构性组件十分普遍，特别地，在能作为有利优点的期望特性为重量轻、高强度、韧性、耐热性以及成型和造型能力的应用中。这样的组件用于例如航空、航天、卫星、高性能娱乐产品、海事以及其他应用中。

常规地，这样的组件包含嵌入在基质材料内的加强材料。加强材料组件可以由这样的材料制成：例如玻璃、碳、陶瓷、芳族聚酰胺、聚乙烯和/或表现出期望的物理性能、热性能、化学性能和/或其他性能的其他材料，主要是非常大的强度以抵抗应力失效。这些材料通常制造为纤维并用作加强纤维，或者用作形成纱线(其在组件中用作加强纱线)的纤维。

通过使用这样的加强材料(其最终成为完成组件的构成元件)，使完成的复合组件具备加强材料的期望特性，例如很高的强度。常规的构成加强材料可以为织造的、针织的、或取向成为加强预型件的期望结构。在许多情况中，特别关注的是保证性能的优化利用，选择构成加强材料是为了这些性能。通常，这样的加强预型件与基质材料结 合，以形成期望的成品组件，或产生用于最终生产成品组件的工作备料。

在构建完期望的加强预型件之后，可以将树脂或基质材料引至预型件并使其进入预型件中，从而，常规地，加强预型件成为包埋在基质材料内，并且基质材料填充加强预型件的构成元件之间的空隙区域。基质材料可以选自广泛多样的材料，例如环氧树脂、双马来酰亚胺、聚酯、乙烯基酯、陶瓷、碳和/或也表现出期望的物理性能、热性能、化学性能和/或其他性能的其他材料。用作基质的材料可以与加强预型件的材料相同也可以不同，并具有或不具有相当的物理性能、化学热性能或其他性能。然而，常规地，它们不是相同的材料或者不具有可比的物理性能、化学性能、热性能或其他性能，这是因为通常使用复合材料所寻求的首要目标在于获得成品中特性的组合，而这种组合无法通过使用单独一种构成材料获得。通过组合，加强预型件和基质材料可以随后通过热固化或其他方法在相同的操作中进行固化和稳定化，并随后进行其他操作，以产生期望的组件。在这一点值得注意的是，在这样固化之后，随后基质材料的硬化块通常会牢固地粘附于加强材料(例如，加强预型件)。结果，成品组件上的应力(特别是通过纤维之间作为粘附剂的其基质材料)可以有效地传递至加强预型件的构成材料，并由构成材料承担。加强预型件中任何破裂或不连续限制了预型件传递并承担施加至成品组件上应力的能力。

在某些应用中，期望立体(3D)织造复合结构作为主要承载部件。对于这些部件，预型件的一种有用形状通常被称为“Pi形”预型件，这样命名是因为它在轴向视图中像希腊字母pi(∏)。其他有用的预型件可以具有不同的横截面形状，例如T或L。能够在常规梭织机上织造具有特定结构形状的纤维预型件，并且许多现有的专利描述了织造这样结构的方法(例如美国专利6,446,675；6,712,099；7,712,488)。

使用这些预型件的缺点之一在于：不通过根据常规方法的将一个或多个直立腿件褶缝起来，无法将预型件形成为角件。而通过褶缝处理腿件，加强材料穿过角部会丧失连续性，穿过角部的主要载荷路 径被移除或减小。例如，如果将以上所披露形状的预型件形成为角件，平行于弯折平面的腿件多余材料(即，在弯折的内侧)会在角部的内侧堆积并扣住而弯曲。

为维持角件预型件的结构完整性，在许多情况中在一个或多个切口处需要附加的加强件，并使其围绕角部本身。该加强件通常为材料片或材料板的形式，常规地为附加织造材料。附加加强件造成角件预型件的厚度和重量局部增加。该加强件会造成加强角部自身的局部重量集中。

一种用于褶缝预型件的这种加强件披露于美国专利申请公开No.2011-0111664A1，其全部内容以引用方式并入本文。此文献所提供的用于褶缝预型件的加强件是转向式织造织物的形式，其填充了Pi形预型件的直立腿件之间的空间，并通过织造而转向，以跟随因腿件褶缝造成的弯曲。在转向式织造织物就位之后，进一步处理预型件以形成加强的复合结构。

其他已知方法需要机械紧固件，例如螺栓或铆钉，以便在角部处将加强件固定至预型件。但是，在这种组件的界面处使用金属螺栓或铆钉通常是不能接受的，因为这种紧固件需要穿过孔，这进一步损害了复合结构的完整性。不利的是，紧固件增加了重量并且引入了在这些元件与周围材料之间不同的热膨胀系数。

现有技术的方法不能充分地解决对于立体织造预型件的下述需求：预型件能够不用增加加强材料而形成为角件，并且不会导致局部厚度增加以及额外的重量。本发明提供一种立体织造预型件，其能够形成为具有搭接接头的角件，而不需要附加加强件以及局部厚度的相关增加和额外重量，从而解决了现有技术的不足。

发明内容

据此，本发明涉及一种立体织造预型件以及一种制造立体织造预型件的方法，其能够形成为角件而不用将腿件褶缝或要求附加的加强材料。

本发明还涉及包括立体织造预型件的加强复合结构，该立体织 造预型件能够形成为角件而不用褶缝腿件或要求附加的加强材料和树脂或者基质材料。

本发明的实施例涉及一种立体织造预型件，其包括凸缘或基底，并且至少一个腿件自凸缘的主表面延伸，该预型件适合形成为角件。在期望角部的区域内，预型件腿件的纵向部分形成为具有一个或多个独立织造层。预型件腿件的一个或多个织造层为彼此独立并且独立于凸缘织造的，并且由纤维或纱线织造，纤维或纱线常规包括材料例如玻璃、碳、陶瓷、芳族聚酰胺、聚乙烯和/或表现出期望的物理性能、热性能、化学性能和/或其他性能的其他材料。腿件中不在角部区域内的其他部分可以织造为单层或多层，厚度相同或相似于包括独立织造层的部分，并且，该其他部分可以与凸缘整体织造。

在腿件的包括独立织造层的纵向部分中，根据所要形成层的数量，将一个或多个腿件中的经向纤维分成组。关于该部分长度的至少一部分，腿件的包括独立织造层部分中的至少一个组的经向纤维或纱线实施为作为经向浮层(浮纱)。本文公开内容中通篇使用的“浮层”意味着在此区域内的经向纤维或纱线不与此区域内的纬向纤维或纱线织造。关于该部分长度的至少一部分，腿件纵向部分的至少一个组的经向纤维或纱线与纬向纤维或纱线织造。沿着腿件中包括独立织造层的纵向部分的长度，经向纤维或纱线的组可以在与对应纬向纤维或纱线织造或不织造之间交替。即，对于腿件中包括独立织造层的纵向部分的部分，一组经向纤维或纱线可以与纬向纤维或纱线织造，以及，对于纵向部分的另外一部分，该组经向纤维或纱线可以不与纬向纤维或纱线织造。相似地，对于腿件中包括独立织造层的纵向部分的部分，一组经向纤维或纱线可以不与纬向纤维或纱线织造，以及，对于纵向部分的另外一部分，该组经向纤维或纱线可以与纬向纤维或纱线织造。

即，腿件中的独立织造层可以沿着其长度的一部分包括织造经向和纬向纤维或纱线，以及，可以沿着其长度的不同部分包括不与纬向纤维或纱线织造的经向纤维或纱线的浮层。以相似的方式，腿件中的独立织造层可以沿着其长度的一部分包括不与纬向纤维或纱线织 造的经向纤维或纱线，以及，可以沿着其长度的不同部分包括与纬向纤维或纱线织造的经向纤维或纱线。该织造的经向/纬向纤维或纱线部分包括形成为浮层的经向纤维或纱线。

具有一个或多个独立织造层的腿件部分横向切开，通常切为两个大致相等长度的段(即等分)，切口延伸至凸缘，但不进入凸缘的主表面。可以随后在切口的线(即切口在凸缘主表面上的投影)处折叠预型件，使得一个段的独立织造层与另一段的独立织造层重叠并形成接头，以便在切口的区域中形成角部。第一腿件段的层可以与第二腿件段的层交叉或交错，使得一个腿件段的一个或多个层可以填充第二腿件段中相邻层之间的空间。在以上角件预型件的另一实施例中，一个腿件段的单独的独立织造层交替地与另外腿件段的独立层交叉，使得在腿件重叠或接头区域内的连续层来自交替的段。在其他实施例中，腿件段中一些或全部的层可以不用交叉而重叠。

在一些实施例中，从腿件段的一个或二者中移除一个或多个层，剩余的层在区域中重叠，使得相比于腿件两个段的独立织造层的数量，腿件重叠区域包括的数量更少。在一些实施例中，重叠区域的厚度可以相同于或大致相同于腿件其余部分(即，腿件非重叠部分)的厚度。例如，在包括具有两个独立织造层的部分的预型件中(即腿件为双分叉的)，可以移除各段中的一层，使得重叠区域也包括两层。在所有层具有相同或相似厚度的实施例中，重叠区域会与腿件的非重叠部分具有相同或大致相同的厚度。在层具有不同厚度的实施例中，重叠区域可以具有或不具有与腿件的非重叠部分相同的厚度。

在腿件具有双分叉部的立体织造预型件的一些实施例中，该部分包括大致相等厚度的第一织造层和第二织造层。当腿件的该部分通过切口平分以形成两段时，各段包含相等或大致相等的第一织造层的长度段和第二织造层的长度段。根据一些实施例，移除了一段的第一织造层以及移除了第二段的第二织造层，使得将预型件折叠成期望的角件形状之后，重叠区域与腿件的非重叠部分具有相同或大致相同的厚度，并且包括来自不同段的第一织造层和第二织造层。这样，在重叠部分的任意侧，重叠部分与腿件的至少直接相邻部分共面。据此， 在此实施例中，在腿件的重叠区域和直接相邻于重叠部分的非重叠区域之间，没有或基本没有腿件厚度的变化。

在第一段的一个织造层重叠于第二段的织造层的实施例中，所形成的接头有时称为单搭接接头。在一些情况下，单搭接接头的特性是足够或期望的。

一些实施例包括腿件的三分叉部分，即，该部分包括三个独立织造区域，并能够以相似于以上所描述的方式形成为立体织造角件。三分叉部分包括第一外层、内层或中间层、以及第二外层。在将三分叉部分平分为两个段后，可以通过沿着切口线弯折立体织造预型件，使得一个腿件段的三个织造层重叠于另一腿件段的三个织造层，具有交错或不交错、或者腿件的织造层可以局部地交错，从而形成角件。

立体织造角件的实施例中(其中，三分叉部分将形成为具有与腿件非重叠部分相同或相似厚度的重叠接头区域)，从各个段中移除层，使得重叠部分包括与非重叠部分相同数量的织造层。例如，可以从一个腿件段移除一个织造层，并从其他腿件段移除两个织造层，使得重叠区域内的织造层的总数量为三个。如果各个织造层为相同厚度，重叠区域将具有与腿件非重叠区域相同或大致相同的厚度。在不同厚度织造层的实施例中，重叠区域可以具有或不具有与腿件非重叠部分相同的厚度。

在包括平分为两个三分叉区域的三分叉部分的一个实施例中，从第一腿件段移除第一和第二外层，在区域中仅留下中间(内)段。在第二腿件段中，仅移除中间层。沿着切口(在凸缘上将段分离)平面的投影将预型件折叠为期望的角件时，第一段所余的中间(内)织造层可以布置在第二段的第一与第二织造外层之间，填充之前由第二段的中间(内)织造层所占据的空间。

在此实施例中，腿件的重叠区域形成双搭接剪切接头，并且，如果腿件段中的三个织造层为相等的厚度，重叠区域具有与腿件非重叠部分为大致相同的厚度。对于一些应用，双搭接剪切接头可以具有期望的性能。一些实施例设置有重叠区域，其具有与腿件的非重叠区域相同的厚度，其中，重叠部分大致共面于腿件的至少直接相邻部分， 并且相比于其他类型的重叠接头，可以减小重叠区域的偏心载荷。

以上所描述的实施例可以具有单个腿件，例如具有L或T横截面轮廓的立体织造角件，具有独立织造层的一个部分仅仅为了便于描述。相似的预型件可以形成有两个延伸自凸缘相同表面的腿件，形成以上所讨论的立体织造Pi形轮廓预型件。不论从凸缘侧延伸的腿件数量是多少，关于在包括多个独立织造层的腿件中形成重叠区域的以上讨论是恰当的。具有多个腿件的预型件可以具有一个或多个包括独立织造层而形成重叠区域的腿件。

在具有Pi横截面搭接接头的立体织造预型件用作角件的实施例中，例如，预型件的各个腿件可以具有包括独立织造层的部分。至少在预型件随后被折叠为期望形式时形成角部的区域中，第一腿件在待形成角部区域中的该部分大致平行于第二腿件在相似区域中的该部分。第一腿件和第二腿件中的独立织造层可以为共同延伸，或者大致为共同延伸。切口垂直于腿件，并且垂直于在期望角部区域或位置内的凸缘。该切口延伸穿过腿件的深度，直到(并不包括)凸缘的表面，并且将腿件中具有独立织造层的部分平分为在长度和深度上大致相等的两个区域。

与T和L形横截面的立体织造预型件相同，立体织造Pi形横截面的预型件如可以包括腿件(或者复数的腿件)，腿件包括多个独立织造层。如上所讨论，腿件可以被切割，平分独立织造层的区域。当沿着切口平面在凸缘上的投影将预型件折叠为期望的角件形状时，对于单个腿件，腿件的部分可以如以上所描述的重叠。腿件部分可以通过交错或不通过交错而重叠，或者局部交错而重叠。在一些实施例中，可以形成重叠部分，使得重叠部分的总厚度大致相同于腿件非重叠部分的厚度。这可以通过下述方式获得：从各个腿件段中选择性地移除织造层，使得在折叠预型件之后重叠区域内的层的总数量以及总厚度，相同于预型件折叠前织造腿件的该部分中层的总数量以及总厚度。

在立体织造预型件具有双分叉腿件的一个实施例中，可以移除腿件一个段的第一织造层以及另外的腿件的第二段的第二织造层。在 层与腿件的厚度大致相同的实施例中，包括来自各个部分的一层的重叠部分具有与非重叠部分大致相同的厚度。

在具有三分叉腿件的立体织造预型件的一个实施例中，移除腿件部分的第一段的内(中间)层，以及，移除腿件部分的第二段的第一和第二外层，使得剩余的内层能够适配在从第一段移除了内层的空间内。相似地，可以移除第二腿件段的外层以及该腿件的第二段的内层，使得一个段的内层适配在另一段的层之间。可以使用移除层或重叠层的其他方式。在例如用于角件的立体织造Pi形预型件中，在重叠区域中从第一腿件移除织造层的方式可以相同于或不同于在第二腿件中移除织造层的方式。在重叠区域中，在第一腿件中织造层的重叠方式可以相同于或不同于在第二腿件中织造层的重叠方式。

在具有三分叉(或双分叉，或二者)腿件的立体织造Pi形预型件折叠为期望角件形状的实施例中，其中段的一个内织造层交错在第二段的两个织造层之间，形成双搭接接头。在一些情况下，例如在使用Pi形预型件的一个或两个腿件的角件中形成双搭接接头是期望的。对于某些应用，相比于其他类型的接头，使用立体织造预型件的角件中的双搭接接头可以具有期望的特性，例如增加的强度。

以上所描述的完成立体织造预型件可以被加工为加强复合结构，引入基质材料，例如(但不局限于)环氧树脂、双马来酰亚胺、聚酯、乙烯基酯、陶瓷、碳、或展示出期望的物理性能、热性能、化学性能或其他性能的其他材料，使用常规技术，例如(但不局限于)树脂传递成型或化学气相渗透。向预型件注入树脂或基质材料，从而形成加强复合结构。

值得注意的是，在本文公开特别是权利要求和/或段落中，用语例如“包含”、“包含的”、“所包含的”以及相似用语的含义能够归属于其在美国专利法中的含义；例如，它们可意味着“包括”、“包括的”、“所包括的”等；以及，用语例如“主要由……构成的”以及“主要由……构成”具有归属于美国专利法中的含义，例如，它们允许没有明确记载的元件，但是排除现有技术中发现的元件或者影响本发明基本或新的特性的元件。

这些以及其他实施例由以下详细说明所公开或显著包含于其中。

附图说明

下文以示例方式给出的详细描述并不意将本发明仅仅限制为所描述的具体实施方式，结合附图可以最佳地理解下文的详细描述，其中相同的标号表示相同或相似的元件和部件，其中：

图1A至图1C为常规现有技术的立体织造预型件的轴测图；

图2是根据本发明实施例的预型件的轴测图；

图3A是根据本发明一个实施例沿图2的线III-III剖切的剖视图；

图3B是根据本发明另一实施例沿线III-III剖切的剖视图；

图4A是从IV-IV所示方向观察的图2预型件的侧视图；

图4B是图4A的预型件的侧视图，右侧处于第一旋转位置；

图4C是图4A的预型件的侧视图，右侧处于第二旋转位置；

图5A至图5C是根据本发明实施例的图4A至图4C所示预型件沿线V-V的俯视图；

图6A至图6C是根据本发明实施例的图4A至图4C所示预型件沿线V-V的俯视图；

图7是根据本发明实施例的图4A所示预型件沿线V-V的俯视图；

图8是根据本发明实施例的预型件的轴测图；

图9是根据本发明实施例的立体织造预型件的直立腿件的俯视图；以及

图10是根据本发明另一实施例的立体织造预型件的直立腿件的俯视图。

具体实施方式

下面通过参考附图描述本发明的实施例，附图描绘了所公开的预型件实施方式以及其示例性应用。但是，应当理解的是，所公开的预型件应用并不局限于阐述的那些实施例。此外，本发明不局限于所 描述的实施方式及其细节，提供实施方式及其细节的目的在于说明而非限制。

本发明涉及立体(3D)织造预型件，其可形成为具有搭接接头(lap joints)的角件，而不用褶缝腿件或凸缘，或者不用在角部或其他位置附加加强材料，以及，本发明涉及形成这种预型件的方法。图1A至图1C示出现有技术的立体织造预型件的示例，图1A至图1C分别图示L形、T形以及Pi形横截面的预型件。立体预型件也可以采用其他结构。平面状凸缘2包括：两个主表面4和4’，至少一个边缘面5，以及从一个主表面4延伸的一个或多个直立腿件6。

腿件6可以沿着凸缘2的边缘定位，该凸缘2的边缘对齐于边缘面5，如图1A所示，形成L形预型件横截面。T形预型件横截面包括从主表面4延伸的腿件6，该主表面4位于预型件的边缘面5之间，如图1B所示。在腿件长度的至少一部分上，腿件6可以对齐于预型件1的纵向轴线L。Pi形预型件横截面包括从凸缘2的主表面4延伸的两个腿件6、6’。腿件6、6’可以是线性或非线性，并且在腿件长度的至少一部分上平行于纵向轴线L。

通过下文讨论容易理解，本发明可以使用任意以上提到的立体织造预型件横截面。本发明还可以使用其他立体织造预型件横截面，例如，具有多于两个直立腿件的预型件，如通过下文讨论容易理解的。本文公开的部分涉及一种具体的预型件类型；但是，描述适用于所有包括凸缘和至少一个直立腿件的立体(3D)织造预型件，除非上下文另有说明。

图2示出根据本发明实施例的立体织造T形横截面预型件1。本领域普通技术人员清楚的是，所说明的结构和技术同样适合用于立体织造L形和Pi形横截面的预型件。平面状凸缘2包括：平面状主表面4和大致平行的相对主表面4’，纵向轴线L，以及至少一个边缘面5。直立腿件6布置为大致平行于纵向轴线L，并包括第一外侧7和大致平行的第二外侧9。沿着腿件6纵向长度的至少一个部分8由多个独立的织造层构成，下文进行更详细地讨论(示出一个部分8)。部分8由切口10平分为第一段12和第二段14。使切口10在 切口的位置穿过腿件6的深度D，到达主表面4。在切口位置处，切口10的面垂直于腿件6和凸缘主表面4。切口10在凸缘2主表面4上的投影提供切口线11。

在本发明的实施例中，沿着纵向轴向L，段12和段14分别具有相同的深度D和相同的长度l₁和l₂，或者大致相同的长度。在一些实施例中，l₁和l₂可以是相同的长度并等于腿件6的深度D。段12、段14和D之间也可以是其他尺寸关系，并会影响所形成的角件的特性，这将在以下讨论中说明。

图3A和图3B是本发明两个实施例沿图2中的线III-III剖切的剖视图。图3A图示部分8的第二段14，织造有两个独立的层16和18。因为整个部分8织造有两个独立的层，第一段12(截面中未示出)也包括两个独立的织造层16、18。在此实施例中，织造有两个独立层16和18的部分8被称作双分叉部，以及，段12和14是双分叉段，均包括独立的织造层16和18。如图3A所示出的，独立织造层16处理为浮层，即，层16中的经向纤维不与纬向纤维进行织造(浮置)。独立织造层18的经向纤维与纬向纤维进行织造。段12可以以同样的方式进行织造，或者可以将和纬向纤维织造的经向纤维与不和纬向纤维织造的经向纤维互换，使得层16具有与纬向纤维进行织造的经向纤维，以及，层18中的经向纤维不与纬向纤维进行织造(浮置)。

图3B图示本发明的另一个实施例，其中，部分8的第二段14织造有三个独立层20、22和24。在此实施例中，织造有三个独立织造层20-24的部分8被称作三分叉部，以及，段12和14是三分叉段(也具有独立织造层20-24)。如图3B所示出的，外侧两层20和24中的经向纤维与纬向纤维进行织造，以及，层22的经向纤维不与纬向纤维进行织造，即，层22处理为浮层。

根据本发明的实施例，可以在三分叉段中针对和纬向纤维织造的经向纤维以及不和纬向纤维织造的经向纤维采用其他布置方式。例如，段12(截面中未示出)可以形成为，使得外侧两层20和24中的经向纤维不与纬向纤维进行织造，以及，层22的经向纤维与纬向 纤维进行织造，即，与图3A中示出的段14相反。在此结构中，层20和24处理为浮层。

图4A是图2所示立体织造预型件1沿线IV-IV的侧视图。通过在切口线11处沿着凸缘2的主表面4折叠预型件1，可以用根据本发明的预型件形成角件。例如，预型件1的左侧26可以保持静止，同时，右侧28如箭头30所指向上旋转，允许预型件绕切口10的底部枢转，沿着切口10平面沿着主表面4的投影(这建立了折叠线11)。

图4B说明了图4A所示预型件1的右侧28绕折叠线11旋转了α的量。右侧28的原始位置以虚线示出。通过如图4B所示的旋转，段14的一部分(以实线示出)在重叠区域(通称32)内与段12的一部分(以虚线示出)局部重叠。随着右侧28在30所指方向进一步旋转，重叠32的量增加。

图4C图示，预型件1的右侧28旋转，使得α从图4A所示程度成为大约90°，使得相似尺寸的段12和14在重叠区域内(标示为32’)完全重叠。当段12的长度(l₁)＝段14的长度(l₂)＝D时，获得充分重叠的区域，大部分清楚地示出于图2l₁、l₂和D之间也可以为其他关系，并且会影响重叠量，特别是在预型件的侧26、28布置处于彼此成90°时的区域32’内。

当角度α为90°时，左侧26和右侧28布置为彼此成直角。当角度α大于90°时，左侧26和右侧28形成锐角的夹角，以及当角度α小于90°但大于0°时，左侧26和右侧28形成钝角的夹角。

段12和14内的独立织造层可以以任意期望的结构重叠。例如，在一个段内的独立织造层可以与另一段内的独立织造层以任意方便的方式交叉。腿件6中的不包括在重叠区域内的部分，即部分8外侧的腿件6部分，包括非重叠的一个或多个区域。

重叠区域32’可以包括段12和14的整个厚度，使得区域32’是单独段或非重叠区域的厚度的两倍。在许多情况下，期望消除重叠区域内的双倍厚度。根据本发明的实施例，通过从各个段12和14中移除一个或多个独立织造层，减小重叠区域32内所增加的厚度。

例如，在腿件6的部分8是双分叉即包括两个独立层16、18的 实施例中，可以从段12移除一个织造层，并且可以从段14移除一个织造层。被移除的层是将经向纤维处理为浮层的层，即，没有与纬向纤维进行织造。这样，重叠区域32、32’会包括两层而非四层，并且重叠区域32或32’的厚度将相同或大致相同于原始段12、14，或者相同或大致相同于腿件6的非重叠部。

图5A是图4A的立体织造预型件1根据线V-V的俯视图。根据此实施例，腿件6是双分叉的，并因此对应于图3A的剖视图。如图5A所示，已经从段12移除了织造层18，并且已经从段14移除了织造层16。图5B(对应于图4B)示出预型件1的右侧28绕折叠线11旋转一定的量。如图所示，右侧28离开纸平面，而角度α没有示出。段12的层16和段14的层18在区域32中局部地重叠。

图5C对应于图4C，是沿V-V的视图，并示出右侧28自图5A所示的位置绕折叠线11旋转了大约90°。层16和层18完全地或大致完全地彼此重叠，如图4C的区域32’所最佳说明的。在此实施例中，单搭接接头形成于重叠区域32’中，其重叠厚度大致相同于非重叠段。当层16和18厚度相等时，接头的连结线(即层16和18的相邻表面之间的界面)可以对齐于腿件6的中心线。在层16和18的厚度不相等的实施例中，接头的连结线会从腿件6的中心线偏离。

现在本领域技术人员能够明了，从段12移除织造层16并且从段14移除织造层18，这会允许形成如上的接头，并会提供大致相同的结果。在此情况中，段12的织造层16和段14的织造层18会具有作为浮层的经向纤维，即，在这些段内的经向纤维不会与纬向纤维进行织造。

本发明实施例中的腿件6包括如图3B所示的三分叉部分8，本发明实施例能够相似地形成角件。如上文所述，第一段的独立织造层20、22、24能够与第二段的独立织造层20、22、24交叉。形成在重叠区域内的接头相似于图4B和图4C的重叠区域32或32’，接头可以在部分8中包括双倍数量的独立织造层。因此，接头或重叠区域是非折叠部分8或腿件6的非重叠段12、14厚度的两倍，或者厚度大致为两倍。

根据本发明的实施例，通过从三分叉部8的各个段12和14中移除一个或多个独立织造层20、22、24，能够减小重叠区域32或32’内所增加的厚度。待移除的织造层为经向纤维作为浮层的织造层。待移除的织造层的总数量可以等于一个段内织造层的数量，因此，形成了具有与段12或14相同或大致相同厚度的重叠区域32或32’，或形成具有与腿件6的非重叠部分大致相同厚度的重叠区域32或32’。在如图3B所示的三分叉区域中，具有三个层20、22、24。但是，不能从相同的段12或14中将三个织造层全部移除以减小重叠厚度。至少一个织造层必须保留在第一段中，并且至少一个织造层必须从第二段中移除。引用第一段和第二段是为了便于描述，可以将腿件6的部分8的段12或14视为第一段或第二段。

例如，图6A是根据本发明实施例沿着图4A的线V-V的俯视图，示出立体织造预型件的三分叉部8。在此实施例中，部分8包括三个独立织造层20、22、24，即，部分8是三分叉的。织造层20和24为第一和第二外侧层，其外表面分别对应于第一外侧7和第二外侧9。中间织造层22位于层20和层24之间。

在期望角件的重叠接头区域具有与非重叠区域相同或大致相同厚度的非限制性示例中，在图6A所示的实施例中，从段12中移除织造层20和24，并且从段14中移除织造层22。当预型件1的右侧28绕折叠线11旋转(如图4A的30所示)从而折叠预型件以形成角件时，通过从段12移除织造层20和24，为段14的织造层20和24提供空间。同样地，当折叠预型件1时，通过从段14移除织造层22，为留在段12中的织造层22提供空间。

图6B对应于图4B，图示预型件1的右侧28绕折叠线11旋转了量α(未示出)。如图所示，右侧28离开纸平面。段12的织造层22容纳在段14的织造层20和24之间，在区域32内，织造层20和24局部地与织造层22重叠。

当预型件1从图6A所示状态折叠了大约90°以形成角件时(示出于图6C的俯视图和图4C的侧视图)，段12的织造层22完全地或大致完全地位于段14的织造层20和24之间的空间内，该空间由 从段14移除织造层22提供。由此形成的重叠通常被称作双搭接接头，其具有某些应用中期望的特性。在织造层20、22和24具有相同厚度的实施例中，在重叠区域32’内，组合好的接头关于腿件6的中心线对称。对称的双搭接接头通常具有所期望的特性。

在织造层20、22和24具有大致相同厚度的三分叉实施例中，如图6A至图6C所示，可以形成关于腿件6的中心线CL对称的接头。在对称的接头中，在织造层22和织造层20的界面处形成的连结线，以及织造层22和织造层24的界面处形成的连结线，二者大致关于中心线CL等距。作为另一种方案，如果层20、22和24的厚度不是大致相同的，那么连结线可以从腿件6的中心线CL偏离不同的距离。

在三分叉部分8的实施例中，织造层20和24可以为腿件6厚度的大致四分之一，并且织造层22可以为腿件6厚度的大致二分之一。可以从切口10的第一侧移除织造层20和24，并且从切口10的第二侧移除织造层22。当预型件1如以上所描述沿折叠线11折叠时，保留在第一侧上的织造层22可以布置在切口10的第二侧上所保留的层20与24之间。所得到的双搭接接头关于腿件6的中心线对称。

还可以使用腿件6厚度的其他分配方式，其中，织造层20、24大致厚度相同，并且织造层22大致为该厚度的两倍，以提供对称的双搭接接头。例如，层20和24可以各自为腿件6厚度的1/6，而织造层可以为该厚度的1/3。当如以上折叠时，双重叠接头的总厚度将为腿件6的总厚度。

在可替代的实施例中，立体织造预型件1的左侧26可以包括织造层20和24，以及，右侧28移除了织造层20和24。通过对层进行重叠而形成角接头，这实质上与图6A至图6C所示的示例以及以上讨论的相同，并且会形成相似的双搭接接头。

可替代地，本发明的实施例可以在包括三分叉部分8的重叠区域32’内设置偏离搭接接头。例如，在图7中，示出一种相似于图6A所示的立体织造预型件1，其具有三分叉部分8。在此实施例中，预型件1的左侧26仅包括织造层22和24，以及，右侧28仅包括织 造层20。可以如前述实施例中的方式获得重叠区域的形成，在此实施例中没有示出。但是在此实施例中，连结线可以位于织造层20和22的相邻表面之间。因此，可以用三分叉部分8在腿件6内形成不对称的单个搭接接头，连结线与腿件的中心线间隔一段距离。

可以使用相似的方式，在包括多于三个独立织造层的段的重叠区域内形成搭接接头。

本发明预先考虑了包括多于一个腿件6的实施例，并且在某些应用中是期望的。例如，有时具有图1C所示Pi形横截面的立体织造预型件在航空、航天或其他应用中是有用的。在一些条件下，期望或需要将Pi形横截面的立体织造预型件形成为角件。以上所讨论的腿件结构可以应用于Pi形预型件，以允许角部的形成。

具有Pi形横截面的立体织造预型件可以形成为包括两个腿件，其中的至少一个包括部分8，其包括一个或多个独立织造层。在一些实施例中，预型件的两个腿件在至少一个位置处都包括一个或多个织造层。例如，各腿件的一部分(相似于图2的部分8)可以包括双分叉的腿件，其包括两个独立织造层(相似于图3A中的层16、18)，或者包括三分叉的部分，其包括三个独立织造层(相似于图3B中所示的腿件6的部分8)。

在本发明的实施例中，立体织造Pi形预型件1’包括两个腿件6、6’，如图8所示，各腿件6、6’分别包括部分8、8’，其具有上文所讨论的一个或多个独立织造层。在至少一个位置处，如图8所示，第一腿件6的部分8与第二腿件6’的部分8’平行并且共同延伸。部分8、8’在10和10’处切割穿过腿件的深度D，到达凸缘主表面4。至少在切口的位置处，切口10垂直于腿件6、6’以及凸缘2的主表面4。切口10在表面4上的投影提供折叠线11。

通过沿着折叠线11以相似于图4A至图4C所示的方式折叠预型件，图8的预型件1’可以形成为角件。随着预型件右侧28绕折叠线11旋转而左侧26保持不动，段12和14(以及12’、14’)内的独立织造层可以重叠，如图4B中的。随着分别位于8和8’内的独立织造层(12，14)和(12’，14’)重叠，它们可以用以上讨论 的任意方式交叉。例如，段14内的独立织造层可以与段12内的独立织造层交替方式交叉。作为另一种方案，第一段内的多于一个连续独立织造层(例如段12)可以布置在第二段(例如段14)的两个连续独立织造层之间。

如以上讨论的，部分8和8’内的一个或多个独立织造层可以具有处理为浮层的经向纤维，即经向纤维不与纬向纤维织造。同样如上，可以在重叠区域内移除经向纤维浮层的织造层，使得重叠区域具有与腿件的非重叠部分相同的厚度或大致相同的厚度。可以形成前述的对称和不对称的结合线。

腿件6’中的段14’内的独立织造层可以采用与腿件6中所用方式相同的方式，与段12’内的独立织造层交叉。可替代地，不同的腿件可以使用不同的方式。

以上讨论的实施例说明了根据本发明的具有凸缘(或基底)以及一个或多个腿件的立体织造预型件，形成为具有重叠接头的角件。以上讨论的实施例说明了只包括一个部分8的立体织造预型件，仅仅是为了清楚地说明。其他实施例可以包括附加的部分8，构造相似于以上所讨论的部分8，并沿着预型件1的腿件6的纵向长度形成于不同的位置。各部分8可以如以上所讨论的进行折叠或形成为具有角度α的角件。在一些实施例中包括有多于一个部分8，并因此多于一个角件，立体织造预型件可以在各个部分8处折叠为U形或C形结构，或者通过在相对于腿件相同的方向上折叠预型件而成为其他敞开的平面图形。

可以通过将本发明的立体织造预型件以相同的方式折叠，形成闭合的平面图像(例如三角形、矩形或者其他简单多边形)。立体织造预型件可以构造为具有n条相等的边和n个相等角的正多边形，或者可以具有不相等的边以及角度的多边形。

在待成形为n条边的简单多边形的立体织造预型件形成过程中，除了形成n-1个所描述的部分8之外，预型件的各端可以形成为使得两个端在接合时形成搭接接头(端搭接接头)。端搭接接头可以为单个搭接接头或双搭接接头，并且可以相同于或者不同于形成在立体织 造预型件的部分8处的搭接接头。在为单个搭接接头的情况下，相似于图5A和图5B所示出的单个搭接接头，立体织造预型件的第一端可以形成为如图3A所示，其中，层16中的经向纤维不与纬向纤维织造。在立体织造预型件的第一端，可以移除层16。

在待成形为简单多边形的立体织造预型件的第二端处，层18的经向纤维不与纬向纤维织造。在预型件的第二端，可以移除层18。

根据本发明的实施例，立体织造预型件的腿件可以因此构造为如图9所示，示出具有不连续性，其中，在第一端34处移除预型件的层16，并且在第二端36处移除层18。立体织造预型件的端34和端36之间的部分8未示出于图9。

当如上所讨论的在适当的折叠线11处折叠时，图9的端34和36可以成为重叠的关系，形成端搭接接头(此情况下为单个搭接接头)。

在包括端双搭接接头的实施例中，相似于图6A和图6B所示出的双搭接接头，立体织造预型件的第一端可以形成为如图3B所示，其中，层22中的经向纤维不与纬向纤维织造。在立体织造预型件的第一端，可以移除内层或中间层22，留下第一外层20和第二外层24。在立体织造预型件的第二端，第一外层20和第二外层24中的经向纤维不与纬向纤维织造。在预型件的第二端，可以移除层20和24，留下中间层22。

根据本发明的实施例，立体织造预型件的腿件可以因此构造为如图10所示，示出具有不连续性，其中，在第一端34处移除预型件的层22，并且在第二端36处移除层20和24。立体织造预型件的端34和36之间的部分8未示出于图10。

当如上所讨论的在适当的折叠线11处折叠时，图10的端34和36可以成为这样的关系，其中，层 22布置于层20与24之间，形成端搭接接头(此情况下为双搭接接头)。

基于由立体织造预型件所形成的简单多边形的结构，层16和18在立体织造预型件的端处形成单个搭接接头，或者层20、22和24在预型件端处形成了双搭接接头，从而可以完全彼此重叠或者不完全 地彼此重叠。即，层的表面可以完全地或不完全地覆盖相邻层的表面。

本发明详细描述了多种实施例，应该理解的是，由以上段落限定的本发明并不局限于以上描述中提到的具体细节，在不脱离本发明精神或范围的情况下可以对其进行多种修改。

Claims (14)

1.一种立体(3D)织造预型件，包括：

平面状凸缘，其包括交织的经向纤维或纱线和纬向纤维或纱线，并具有第一主表面，所述平面状凸缘具有切口位置；

第一腿件包括所述经向纤维或纱线和纬向纤维或纱线，所述第一腿件自所述平面状凸缘的所述第一主表面延伸，所述第一腿件的至少一部分包括多个垂直于所述第一主表面布置的独立织造层；

一穿过所述第一腿件的切口，沿将所述第一腿件分成第一部分和第二部分的所述切口位置，所述切口的平面垂直于所述平面状凸缘并且垂直于所述第一腿件，以及

在相邻于所述切口位置的所述第一部分的第一位置处以及相邻于所述切口位置的所述第二部分的第二位置处，从各多个独立织造层移除一段；

其中，所述第一部分与所述第二部分成角度，以及，

其中，所述第一位置以及所述第二位置至少部分重叠。

2.根据权利要求1所述的预型件，其中，各独立织造层的所述段包括浮层，所述浮层是在一段内经向纤维或纱线不与纬向纤维或纱线织造。

3.根据权利要求2所述的预型件，其中，包括所述浮层的所述段的至少一部分从各独立织造层移除。

4.根据权利要求1所述的预型件，进一步包括：

第二腿件，其包括所述经向纤维或纱线和纬向纤维或纱线，所述第二腿件自所述平面状凸缘的所述第一主表面延伸，所述第二腿件的至少一部分包括多个独立织造层，该多个独立织造层平行并相连于所述第一腿件的所述独立织造层，在相邻于所述切口位置的所述第一部分或第二部分中，移除所述第二腿件的各所述多个独立织造层的段；以及

一穿过所述第二腿件的切口，所述切口的平面垂直于所述平面状凸缘并垂直于所述第二腿件，所述切口将所述第二腿件的所述部分平分为独立织造层的第一段以及独立织造层的第二段，使得各段的独立织造层包括作为浮层的所述经向纤维，所述浮层是在一段内经向纤维或纱线不与纬向纤维或纱线织造。

5.根据权利要求4所述的预型件，其中，所述第一段的所述独立织造层与所述第二段的所述独立织造层交错。

6.根据权利要求1所述的预型件，其中，所述经向和纬向纤维或纱线由选自玻璃、碳、陶瓷、芳族聚酰胺以及聚乙烯所组成的组的材料制成。

7.一种立体(3D)纤维加强复合结构，包括根据权利要求1所述的预型件。

8.根据权利要求7所述的复合结构，进一步包括基质材料。

9.根据权利要求8所述的复合结构，其中，所述基质材料选自由环氧树脂、双马来酰亚胺、聚酯、乙烯基酯、陶瓷和碳所组成的组。

10.一种形成预型件的方法，包括以下步骤：

将经向纱线或纤维与纬向纱线或纤维织造以形成平面状凸缘，该凸缘具有第一主表面以及一个或多个从所述凸缘延伸的腿件，其中，第一腿件的至少一部分包括多个垂直于所述第一主表面布置的独立织造层，所述多个独立织造层之一的至少一部分包括处理为浮层的经向纤维或纱线，所述浮层是在至少一部分内经向纤维或纱线不与纬向纤维或纱线织造；

穿过所述第一腿件进行切割，切口的平面垂直于所述平面状凸缘并且沿切口位置垂直于所述第一腿件，所述切口将所述第一腿件分成独立织造层的第一部分以及独立织造层的第二部分，使得各部分中的至少一个独立织造层包括作为浮层的所述经向纤维；

在所述切口位置相邻一侧的所述第一部分的第一位置处以及所述切口位置相邻另一侧的所述第二部分的第二位置处，从各所述独立织造层移除一段；以及

沿着所述切口平面在所述第一主表面上的投影，折叠所述预型件，使得所述第一部分内的段和所述第二部分内的段的所述独立织造层在一区域内至少局部地重叠。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括将所述第一部分的所述独立织造层与所述第二部分的所述独立织造层交错。

12.一种形成立体(3D)织造预型件的方法，包括：

形成平面状凸缘，其包括交织的经向纤维或纱线和纬向纤维或纱线，并具有第一主表面，所述平面状凸缘具有将所述平面状凸缘分离为第一部分和第二部分的切口位置；

形成第一腿件，其包括所述经向纤维或纱线和纬向纤维或纱线，所述第一腿件自所述平面状凸缘的所述第一主表面延伸，所述第一腿件的至少一部分包括多个垂直于所述第一主表面布置的独立织造层，在所述切口位置相邻一侧的所述第一部分或所述切口位置相邻另一侧第二部分中，从各所述多个独立织造层中移除一段；以及

穿过所述第一腿件进行切割，沿所述切口位置，所述切口的平面垂直于所述平面状凸缘并且垂直于所述第一腿件，

在所述切口位置处，使所述第一部分相对于所述第二部分成角度，使得各个独立织造层的所述被移除段至少部分重叠。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，各独立织造层的所述段包括浮层，所述浮层是在该段内经向纤维或纱线不与纬向纤维或纱线织造。

14.根据权利要求13所述的方法，包括将包括所述浮层的所述段的至少一部分从各个独立织造层移除。