CN105522326B - 使用纤维转向的复合层压板的热膨胀调节系数 - Google Patents

使用纤维转向的复合层压板的热膨胀调节系数 Download PDF

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Abstract

本申请公开使用纤维转向的复合层压板的热膨胀调节系数。提供装配件，每个装配件包括具有一致的热膨胀系数(CTE)的第一结构和具有可变的CTE的第二复合结构。还提供形成此类装配件的方法。第二结构具有重叠区、过渡区和基线区。重叠区直接联接第一结构，并且具有与第一结构的CTE相差无几的CTE。基线区远离第一结构，并且具有不同的CTE。这些CTE中的每一者在其各自的区内可以是一致的。过渡区可以与基线区和重叠区互连，并且可以具有从一端到另一端的渐进的CTE变化。第二复合结构的CTE变化可以通过改变延伸通过所有三个区的至少一个层片内的纤维角度而实现。例如，任意层片可以经受纤维转向。

Description

使用纤维转向的复合层压板的热膨胀调节系数
背景技术
不同类型的材料经常被结合，以完成某种装配。例如，复合零件和结构经常与金属结构结合。然而，复合零件和结构可能具有与结合的金属结构的热膨胀系数(CTE)显著不同的热膨胀系数，有时在不同的数量级上。在许多应用中，因为温度变化极小，所以这可能不重要。然而，在其他应用中，材料可能在宽泛的温度范围内经历快速加热和/或冷却。例如，由于直接暴露于UV辐射或由于缺乏UV辐射，所以航天器应用将各种组件暴露于加热和冷却。使由具有显著不同的CTE的两种结构形成的装配件处于经历重大温度变化的环境中可能导致有害的影响。
可以在复合结构和结合的金属结构之间使用额外的联接/界面结构(interfacestructure)来减小由变化的热膨胀诱发的应力。这些额外的联接件可以包括接合器和间隔器，其允许一些CTE失配。然而，热膨胀接合器可以增加显著的重量到整体装配件，并且增加成本。这些热膨胀接合器可能难以制造且易于损坏。
因此，期望提供用于使复合结构与其他具有不同CTE的结构结合的新的且改进的解决方案，使得这些解决方案以克服现有机构的缺点的方式解决不同的热膨胀系数。
发明内容
提供装配件，每个装配件包括具有一致的热膨胀系数(CTE)的第一结构和具有可变的CTE的第二复合结构。还提供形成此类装配件的方法。第二结构具有重叠区、过渡区和基线区。重叠区直接与第一结构联接，并且具有与第一结构的CTE相差无几的CTE。基线区远离第一结构，并且具有不同的CTE。这些CTE中的每一者在其各自的区内是一致的。过渡区可以与基线区和重叠区互连，并且可以具有从一端到另一端的渐进的CTE变化。第二复合结构的CTE变化可以通过改变延伸通过所有三个区的至少一个层片的纤维角度来实现。例如，至少一个层片可以经受纤维转向。被纤维转向的层片可以是复合结构内的任意层片，诸如最靠近第一结构的层片。
在一些实施例中，装配件包括第一结构和第二结构。第一结构具有第一CTE，该第一CTE在整个第一结构的全部体积中基本上一致。第一结构可以由金属、复合材料或适合于给定应用的一些其他材料形成。第二结构由包括第一层片和第二层片的复合材料形成。第一纤维层片和第二纤维层片连续地延伸通过第二结构的重叠区、过渡区和基线区。重叠区与第一结构联接。基线区远离第一结构而设置。过渡区与重叠区和基线区互连。在一些实施例中，在第一纤维层片内的重叠区内的纤维角度不同于在第一纤维层片内的基线区内的纤维角度，使得第二结构的重叠区具有与第一结构的CTE(即，第一CTE)基本上匹配的CTE(即，第二CTE)。
应当注意的是，如果形成第二结构的材料是各向异性材料，那么第二结构可以在不同方向上具有不同的CTE值。在这种情形下，在一个方向(即，匹配方向)上的第二结构的CTE可以匹配第一结构的CTE，而在另一个方向(即，非匹配方向)上的第二结构上的CTE可以不匹配第一结构的CTE。匹配方向可以位于最长重叠的方向。例如，第一结构和第二结构之间的重叠可以具有圆柱形形状，其中圆柱的圆周长于圆柱的高度。在这种情况下，匹配方向可以是圆周方向，而非匹配方向可以是轴向方向。可替换地，该圆柱形重叠可以具有短于圆柱形重叠的高度的圆周。在这种情况下，匹配方向可以是轴向方向，而非匹配方向可以是圆周方向。在一些实施例中，在不同方向上的CTE值可以是不同的数量级。而且，在不同方向上的CTE值可以具有相反的符号。例如，在轴向方向上的CTE可以为正，而在圆周方向上的CTE可以为负，反之亦然。
在一些实施例中，在匹配方向和不匹配方向之间的CTE值的差小于100％，或者更具体地，小于50％。除非该说明书中另有陈述，否则两个组件之间的CTE值的比较沿着匹配方向进行。还应当注意的是，复合结构的CTE值沿着匹配方向改变。例如，在重叠区内的匹配方向上的CTE值(即，第二CTE)不同于在基线区内的匹配方向上的CTE值(即，第三CTE)。
在一些实施例中，第一纤维层片具有通过过渡区的纤维转向。通过过渡区的纤维转向可以使用线性角度变换之一。可替换地，通过过渡区的纤维转向可以沿着具有恒定转向半径的路径。而且，纤维路径可以是样条线表示(spline representation)。
在一些实施例中，第二纤维层片在重叠区内具有第三纤维角度，该第三纤维角度不同于在基线区内的第四纤维角度。在重叠区内的第一纤维层片内的第一纤维角度的绝对值不同于在重叠区内的第二纤维层片内的第三纤维角度的绝对值。
在一些实施例中，第二纤维层片在重叠区和基线区内具有相同的纤维角度。该装配件可以包括第三纤维层片和第四纤维层片。第一纤维角度可以被选择来平衡与第二结构和第二CTE与第一CTE的匹配相关的泊松比的值。例如，第二CTE到第一CTE的精确匹配可以造成第二结构的重叠区内的泊松比大于1。允许在第二CTE和第一CTE之间的一些失配可以将第二结构的重叠区内的泊松比减小至低于0.5的某一值，这对于第二结构的完整性可能是更可取的。
在一些实施例中，用于设计复合结构的方法包括，确定第一层压板铺层(layup)和第二层压板铺层、确定纤维角度、调整纤维角度，以及实施第一层压板铺层。在第一复合物内的第一层压板铺层具有重叠区CTE，以便连接到接触结构。具有集合特性(setcharacteristic)的第二层压板铺层可以基于结构需求(例如，层压板强度或结构刚度)来确定。在第一层压板铺层内的第一纤维层片内的重叠区与基线区处的纤维角度被确定。在重叠区处的纤维角度被调整，以允许CTE失配，从而平衡泊松比使。使用纤维转向实施第一和第二层压板铺层，和从第一到第二层压板铺层的过渡。
在一些实施例中，第一纤维层片具有通过过渡区的纤维转向。通过过渡区的纤维转向可以使用线性角度变换之一。可替换地，通过过渡区的纤维转向可以沿着具有恒定转向半径的路径。而且，纤维路径可以是样条线表示。
在一些实施例中，第二结构的圆周方向上的第二CTE对应于第一结构的第一CTE。第一结构可以包括金属。
在一些实施例中，第二纤维层片在重叠区内具有第三纤维角度，该第三纤维角度不同于在基线区内的第四纤维角度。在重叠区内的第一纤维层片内的第一纤维角度的绝对值可以不同于在重叠区内的第二纤维层片内的第三纤维角度的绝对值。
在一些实施例中，第二纤维层片在重叠区和基线区内具有相同的纤维角度。该装配件可以包括第三纤维层片和第四纤维层片。第一纤维角度可以被选择来平衡与第二结构和第二CTE与第一CTE的匹配相关的泊松比的值。
在一些实施例中，第二结构的重叠区内的层片的数量可以不同于基线区内的层片的数量。第二结构具有从重叠区到基线区的至少一个连续的纤维层片。
下面将参考附图进一步描述这些实施例和其他实施例。
附图说明
图1根据一些实施例图示说明包括复合结构的装配件的一个示例，其中复合结构具有不同的区，不同的区具有不同的CTE。
图2A是根据一些实施例的示出用于形成恒定的CTE的平衡的对称层压参数的所有可能的组合的示例。
图2B是根据一些实施例的图示说明穿过复合结构的不同区的不同纤维角度的示例的图表。
图3是根据一些实施例的图示说明穿过复合结构的不同区的不同CTE的示例的图表。
图4根据一些实施例示出平衡失配的圆周CTE和泊松比的示例。
图5根据一些实施例图示说明用于匹配复合结构的CTE与结合的结构的CTE的过程的一个示例。
图6A是根据一些实施例的反映航天器从早期的制造阶段到投入使用的寿命周期内的关键操作的过程流程图。
图6B是根据一些实施例的图示说明航天器的各种关键组件的方框图。
具体实施方式
在下列描述中，阐述许多具体细节从而提供对所提出的概念的透彻理解。这些所提出的概念可以在不具有一些或所有这些细节的情况下被实施。在其他实例中，众所周知的过程操作没有被详细描述，以便不会不必要地模糊所描述的概念。虽然一些概念将结合具体的实施例来描述，但是将理解的是，这些实施例并不意图是限制性的。
简介
具有不同CTE的不同类型的材料经常被结合，以产生装配件。例如，复合材料可以与另一复合材料或金属结合。在特定的示例中，氢气罐复合后裙在空间约束装配件上可能具有与铝氢气罐失配的CTE。形成此类装配件的常规技术使用补偿CTE失配的接合器、联接件或间隔器。然而，这些接合器、联接件或间隔器可能难以制造，并且能够显著地增加整个装配件的重量。在特定示例中，铝氢气罐和氢气罐复合后裙之间的联接环可能重达超过500磅。
本文中描述的各种装配件和方法通过将复合结构的区的CTE调节到该区直接联接的材料的CTE来消除对额外的接合器、联接件或间隔器的需求或降低额外的接合器、联接件或间隔器的复杂性。这个区可以被称为重叠区。不联接该材料的复合结构的另一个区可以具有不同CTE。这个区可以被称为基线区。复合结构是整体式的并且可以具有不考虑所有区的CTE延伸通过该所有区的连续纤维。也就是说，相同的纤维可以在重叠区开始，并且延伸到基线区中。CTE可以从联接连接结构的重叠区到远离连接结构的基线区渐进地变化。CTE的渐进变化降低了复合结构其本身内的CTE失配的影响。CTE值渐进地变化的区可以被称为过渡区。
根据各种实施例，可以在制造复合结构时通过调节的纤维转向的技术来完成改变穿过相同复合结构的不同区的CTE。具体地，在复合结构内的单个层压板层可以使用诸如先进的纤维铺设或连续丝束剪切被纤维转向。在其他示例中，多个层压板层可以被纤维转向。在复合材料内的一个或多个层压板层的纤维转向可以允许实现与结合的材料(例如，金属)的更接近的CTE匹配。在一些实施例中，定制的转向纤维层压板(SFL)被提供，以匹配复合物的圆周方向CTE与金属环的CTE。
而且，可以通过其他特征(例如，泊松比)来平衡CTE匹配。具体地，使用诸如纤维转向的机制来改变穿过复合结构的不同区的CTE，可能导致泊松比的显著增加。虽然在没有被结合到连接结构(例如，由金属形成)的复合结构的大部分区中复合材料可以是准各向同性的，然而在复合结构与连接结构结合的区内试图匹配CTE可能导致高的泊松比。转向多个层片可以有效地减小泊松比，但是转向多个层片增加了制造的复杂性。因此，用来平衡CTE失配与泊松比的各种技术被描述。
图1根据一些实施例图示说明具有复合结构104的装配件的一个示例，其中复合结构104具有可变的CTE。具体地，复合结构104具有直接联接另一结构102的重叠区106，该另一结构102可以被称为连接结构102。重叠区106的CTE可以与连接结构102的CTE基本上相同。复合结构也包括基线区110，基线区具有不同于重叠区106的CTE的CTE。重叠区106的CTE可以是基本恒定的。同样地，重叠区106的CTE可以是基本恒定的。复合结构104也可以包括过渡区108，其结合重叠区106和基线区110，并且具有可变的CTE。具体地，过渡区108的一端可以具有与重叠区106的CTE类似的CTE，而过渡区108的另一端可以具有与基线区110的CTE类似的CTE。
复合结构104可以包括多个层或层片，诸如第一层片112和第二层片114。第一层片112和第二层片114中的每个层片内的纤维取向可以相同或不同。第一层片112或第二层片114中的至少一个层片内的纤维的取向可以使用诸如纤维转向而从重叠区106到基线区110发生变化。
应当认识到的是，在特定方向诸如圆周方向上的CTE可以在复合结构104的一个或多个层片内使用纤维转向被调节。在一些实施例中，为了保持复合结构104的整体刚度，第一层片112或第二层片114中的仅一组层片被转向，并且准各向同性的铺设将被保持远离重叠区106。具有准各向同性属性的传统层压板使用0°、90°、+/-45°，并且可以被称为0、90、+/-45度层压板。在一些实施例中，处于或接近基线区110的具有准各向同性属性的复合结构104将是处于或接近重叠区110的被旋转+/-22.5度的0、90、+/-45度层压板。也就是说，具有准各项同性属性的[±θ1,±θ2]铺层可以指定θ1＝22.5度、θ2＝67.5度或θ1＝67.5度、θ2＝22.5度。将准各向同性层压板限定为正交层片层压板(cross-ply laminate)，即，[±θ1,±θ2]层压板，可以便于通过纤维转向从一个铺层到另一个铺层的过渡。根据各种实施例，复合结构可以包括具有平衡铺层的四个层片，[±θ1,±θ2]，其中纤维角度θ1和θ2中的每个是层片内的位置的函数。改变层压板内的角度导致改变有效的层压板属性，例如但不限制于模数、CTE或泊松比。
应当认识到的是，复合层压板结构的CTE被定义如下：
Figure BDA0000825867590000061
(等式1)
在等式1中，[Α]-1是平面内层压板刚度矩阵Α的逆矩阵，[Q]是被旋转的薄片(lamina)刚度矩阵，m＝cosθ，n＝sinθ，h＝层压板厚度，而α1和α2分别是每个层片在纤维方向上和与纤维方向垂直的方向上的CTE。改变复合铺层内的纤维角度导致等式1中的A矩阵和m和n项的改变，因此导致CTE的改变。CTE中的一者，例如αy，可以使用数值算法与连接结构的CTE匹配，其中数值算法搜索导致期望的αy的铺层内的角度的组合。可能存在导致具有不同A矩阵的相同的CTE值的多于一个的铺层。而且，可能存在导致完全相同的A矩阵和相同的CTE的多于一个的铺层。可以被用来在明确地限定铺层之前限定复合层压板的A矩阵和CTE以验证结构特征的方法是层压参数(LP)的使用。LP的定义是众所周知的(见参考文件：Z.Gürdal,R.T.Haftka,P.Hajela的Design and Optimization of Laminated CompositeMaterials(层压复合材料的设计以及优化))。作为V1和V3的函数的用于对称平衡的层压板的CTE的定义可以被简化为：
Figure BDA0000825867590000071
Figure BDA0000825867590000072
其中
K1＝(U1+U4)(α1+α2)+U2(α1-α2)，
K2＝U2(α1+α2)+(U1+2U3-U4)(α1-α2)，
K3＝U2(α1+α2)+2(U3+U5)(α1-α2).
并且
Figure BDA0000825867590000073
Figure BDA0000825867590000074
Figure BDA0000825867590000075
Figure BDA0000825867590000076
Figure BDA0000825867590000077
其中
Figure BDA0000825867590000078
Figure BDA0000825867590000079
Q66＝G12.
在图2A中示出用于导致恒定的αy的平衡的对称的LP V1和V3的所有可能的组合的示例，其也可被称为Miki图。一旦已知LP，就可以使用本领域的技术人员已知的方法(例如，由Van Campen描述的方法)找到匹配的堆叠顺序。当在正交层片层压板中存在多于三种不同的纤维取向时，对于LP的给定集合能够存在多于一个的堆叠顺序。这提供机会来选取导致从一个层压板到下一个层压板的过渡需要的纤维转向的最小量的纤维角度。
一旦用于重叠区106和基线区108的铺层候选者被确定时，过渡区108就可以被限定。在不同纤维角度之间的过渡可以通过先进的纤维铺设来完成。改变穿过重叠区106、过渡区108和基线区110的一个或多个层片内的铺层可以导致穿过这些不同区或区域内的复合材料的不同的CTE。
图2B是根据一些实施例的图示说明在穿过复合结构的不同区的层片内的不同纤维角度的图形200。根据各种实施例，在重叠区处的纤维角度可以是θA(用200a指示)，而在基线区处的纤维角度是θB(用200c指示)，使得θB≠θA。重叠区处的纤维角度(θA)可以基于以上提出的等式来计算，使得在重叠区处的CTE对应于被连接到复合材料的另一种材料的CTE。在基线区处的纤维角度(θB)可以基于结构或其他考虑因素来选择。从θB到θA的过渡出现在过渡区，并且该过渡在图2B中通过200b来指示。过渡200b可以是渐进的。
具有多层的复合层压板的属性取决于每层的特性(例如，材料属性、层片厚度和纤维角度)。应当注意的是，复合结构在不同的区可以具有不同数量的层片，例如，以便在例如两部分通过螺栓连接被结合时允许厚度累积。在这种情况下，如果纤维角度不相似，则只有从重叠区到基线区连续的层片可以经历纤维转向。
图3是根据一些实施例的图示说明穿过复合结构内的不同区的CTE变化的图形。例如，如以上参考图2B所说明的，由于复合结构的不同区内的不同的纤维角度，所以CTE可以变化。重叠区的CTE(由300a指示的αA)可以被选择，以匹配连接结构的CTE(例如，与连接结构的CTE基本上相同)。基线区的CTE(由300c指示的αB)可以是基线区的特定设计的结果，其可以由结构的整体性或其他考虑因素(由于基线区远离连接结构，所以不与连接结构的CTE匹配)来驱使。由于对过渡区使用纤维转向，所以该过渡区的CTE(由300b指示)从αA到αB过渡。在一些实施例中，通过转向复合结构内的单个层片，重叠区的CTE可以与连接结构的CTE紧密地匹配。可替换地，通过转向两个或多个层片，重叠区的CTE可以与连接结构的CTE紧密地匹配。例如，两层层片(θ和θ’)可以被转向。在该示例中，一个层片内的转向角度(θ)通过在另一层片内的转向角(θ’)来平衡，使得θ’A＝-θA且θ’B＝-θB，并且在层压板的其他任何位置θ’＝-θ。
在复合机构内的纤维转向可以导致复合机构的至少重叠区的大的泊松比，这可能是不期望的。在一些实施例中，复合结构的重叠区的泊松比与连接结构的泊松比匹配。由于CTE匹配和泊松比匹配可能产生不同的结果，因此可以基于例如装配件的应用将加权因子分配给每种类型的匹配，以产生纤维转向的特定设计。例如，如果允许一些CTE失配，那么可以实现可接受的泊松比。在涉及复合材料裙和铝罐的特定示例中，如果在495°F的温度梯度下允许0.33”的径向CTE失配，那么泊松比可以减小到0.54。当不使用纤维转向时，相比于参考0.9”的径向失配，CTE失配被大大地减小。
图4示出用于特定示例的失配的圆周CTE和泊松比的平衡。在列402中示出的圆周CTE对应于径向失配404。用于给定圆周CTE的尽可能低的泊松比在列406内记录。应当认识到的是，可能期望的是平衡对减小的径向失配的需求与对减小的泊松比的需求。选择可接受的CTE的失配水平与可接受的泊松比是有可能的。在特定的实施例中，0.33”的径向热失配对应于0.54的泊松比，并且在ΔT＝495F时允许0.5(μin/in/F)的圆周CTE。
图5根据一些实施例图示说明用于将复合结构的CTE与连接结构的CTE匹配的过程500的一个示例。在502处，具有对应于接触结构的CTE的CTE的第一层压板铺层被确定。应当注意的是，CTE不需要理想的匹配，因为出于其他原因(例如，制造简单或减小泊松比)，某一水平的失配可以被容忍。在504处，具有集合特性的第二层压板铺层被确定。根据各种实施例，复合物可以具有两个或多个层片。然而，在一些实施例中，纤维转向可能只在层压板内的一些层片内是必要的。然而，应当认识到的是，可以在多个层片内使用纤维转向。在506处，在层压板铺层内的层片的重叠区、基线区和/或过渡区的纤维角度被确定。在许多实例中，纤维转向被用来将纤维角度从重叠区内的角度改变为基线区内的角度。在508处，其他参数和层片被考虑。根据各种实施例，修改多个层片内的纤维角度增加制造的复杂性，但是可以提高复合物的有效的层压板的属性。在特定的实施例中，迭代过程被用于确定在各种温度范围下可接受的纤维角度和泊松比的组合。在其他实施例中，层压板模数或抗弯刚度可以被考虑。如果不需要考虑其他参数或层片，则在510处具有层压板层的复合物被制造，其中层压板层具有确定的纤维角度。
现在将描述在图6A中示出的航天器制造和维护方法600和图6B中示出的航天器630，以更好的说明本文中呈现的过程和系统的各种特征。在预生产期间，航天器制造和维护方法600可以包括航天器630的规格及设计602以及材料购买604。生产阶段涉及航天器630的组件和子配件制造606以及系统整合608。此后，航天器630可以经历检验和交付610以便投入使用612。在由顾客使用时，航天器630定期进行日常维修和维护614(其也可以包含改进、重新配置、翻新等等)。虽然本文中所描述的实施例总体涉及航天器的组件和子配件制造，但是它们可以在航天器制造和维护方法600的其他阶段被实践。
航天器制造和维护方法600的每一个过程均可以由系统集成商、第三方和/或操作者(例如，顾客)来执行或完成。为了本说明书的目的，系统集成商可以包含但不限于任意数量的飞机制造商和主系统承包商；第三方可以包含但不限于任意数量的销售商、转包商和供应商；并且操作者可以是政府实体、租赁公司、军事实体、服务组织等等。
如图6B所示，由航天器制造和服务方法600生产的航天器630可以包括机身632、内部636，以及多个系统634。系统634的示例包括推进系统638、电气系统640、液压系统642和环境系统644中一个或更多个。在该示例中，可以包含任意数量的其它系统。虽然示出航天器示例，但本公开的原理可以被应用于其它工业，包括航空工业、航天工业、石油和天燃气工业和汽车工业。
本文呈现的设备和方法可以在航天器制造和维护方法600中的任何一个或更多个阶段中使用。例如，但不限于，对应于组件和子配件制造606的组件或子配件可以按照航天器630在使用中时生产的组件或子配件类似的方式被生产或制造。
同样，一个或多个设备实施例、方法实施例或其组合可以在组件和子配件制造606和系统整合608中被利用，例如，但不限于显著加快航天器630的组装或降低航天器630的成本。同样地，设备实施例、方法实施例或其组合中的一个或多个可以在航天器630处于使用时被利用，例如但不限于，维修和维护614可以在系统整合608和/或维修和维护614中被用来确定零件是否可以被彼此连接和/或匹配。
此外，本公开包括依据以下条款的实施例：
1.一种装配件，包括：
具有第一热膨胀系数(CTE)的第一结构，其中所述第一CTE在整个所述第一结构的全部体积中基本上一致；和
由包含第一纤维层片和第二纤维层片的复合材料形成的第二结构，
其中所述第一纤维层片和第二纤维层片连续地延伸通过所述第二结构的重叠区、过渡区和基线区，
其中所述重叠区与所述第一结构联接，
其中所述基线区远离所述第一结构被设置，
其中所述过渡区与所述重叠区和所述基线区互连，以及
其中在所述第一纤维层片内的所述重叠区内的第一纤维角度不同于在所述第一纤维层片内的所述基线区内的第二纤维角度，使得
所述第二结构的所述重叠区具有基本上匹配所述第一CTE的第二CTE，以及
所述第二结构的所述基线区具有基本上不同于所述第二CTE和所述第一CTE的第三CTE。
2.根据条款1所述的装配件，其中所述第一纤维层片具有通过所述过渡区的纤维转向。
3.根据条款2所述的装配件，其中通过所述过渡区的所述纤维转向利用线性角度变换、恒定转向半径或样条线表示其中之一。
4.根据条款1所述的装配件，其中所述第二结构的所述第二CTE在两个正交方向上不同，其中所述两个正交方向包括圆周方向和轴向方向。
5.根据条款1所述的装配件，其中所述第一结构包括金属。
6.根据条款1所述的装配件，其中所述第二纤维层片在所述重叠区内具有第三纤维角度并且在所述基线区内具有第四纤维角度，并且其中所述第三纤维角度不同于所述第四纤维角度。
7.根据条款6所述的装配件，其中在所述重叠区内的所述第一纤维层片内的所述第一纤维角度的绝对值不同于在所述重叠区内的所述第二纤维层片内的所述第三纤维角度的绝对值。
8.根据条款1所述的装配件，其中所述第二纤维层片在所述重叠区和所述基线区内具有相同的纤维角度。
9.根据条款1所述的装配件，进一步包括第三纤维层片和第四纤维层片。
10.根据条款1所述的装配件，其中所述第一纤维角度被选择，以平衡与所述第二结构和所述第二CTE与所述第一CTE的匹配有关的泊松比的值。
11.一种用于设计复合结构的方法，所述方法包括：
确定第一复合物中的第一层压板铺层，所述第一层压板铺层具有重叠区CTE以便连接到具有接触结构CTE的接触结构；
确定具有集合特性的第二层压板铺层；
确定在所述第一层压板铺层中的第一纤维层片中的重叠区和基线区处的纤维角度；
调整在所述重叠区处的纤维角度，以允许CTE失配，从而平衡泊松比的值；以及
使用纤维转向实施所述第一层压板铺层。
12.根据条款11所述的方法，其中第一纤维层片具有通过过渡区的纤维转向。
13.根据条款12所述的方法，其中通过所述过渡区的所述纤维转向利用线性角度变换、恒定转向半径或样条线表示其中之一。
14.根据条款11所述的方法，其中所述接触结构CTE对应于所述圆周方向上的所述重叠区CTE。
15.根据条款11所述的方法，其中所述接触结构包括金属。
16.根据条款11所述的方法，其中第二纤维层片在所述重叠区和在所述基线区具有不同的纤维角度。
17.根据条款16所述的方法，其中在所述第一纤维层片内的所述纤维角度的绝对值不同于在所述第二纤维层片内的所述纤维角度。
18.根据条款11所述的方法，其中所述第二纤维层片在所述重叠区和所述基线区具有一致的纤维角度。
19.根据条款11所述的方法，进一步包括第三纤维层片和第四纤维层片。
20.根据条款11所述的方法，其中所述第一层片和所述第二层片内的所述纤维角度被选择，以平衡与所述复合物和所述重叠区CTE与所述接触结构CTE的匹配相关的泊松比的值。
虽然前述概念已经为了容易理解的目的被相当详细地被描述，但是在附属的权利要求的范围内可以实行某些改变和修改这是明显的。应当注意，存在实施过程、系统和装置的可替换地方式。因此，本发明公开的实施例被认为是说明性的，不是限制性的。

Claims (15)

1.一种装配件，包括：
具有第一热膨胀系数即第一CTE的第一结构，
其中所述第一CTE在整个所述第一结构的全部体积中一致；和由包含第一纤维层片和第二纤维层片的复合材料形成的第二结构，
其中所述第一纤维层片和第二纤维层片连续地延伸通过所述第二结构的重叠区、过渡区和基线区，
其中所述重叠区与所述第一结构联接，
其中在所述基线区中，所述第二结构被设置为远离所述第一结构，使得所述第二结构不与所述第一结构联接，
其中所述过渡区互连所述重叠区和所述基线区，以及
其中在所述第一纤维层片内的所述重叠区内的第一纤维角度不同于所述第一纤维层片内的所述基线区内的第二纤维角度，使得
所述第二结构的所述重叠区具有匹配所述第一CTE的第二CTE，以及
所述第二结构的所述基线区具有不同于所述第二CTE和所述第一CTE的第三CTE。
2.根据权利要求1所述的装配件，其中所述第一纤维层片具有通过所述过渡区的纤维转向，并且其中通过过渡区的所述纤维转向利用线性角度变换、恒定转向半径或样条线表示中的一个。
3.根据权利要求1所述的装配件，其中所述第二结构的所述第二CTE在两个正交方向上不同，其中所述两个正交方向包括圆周方向和轴向方向。
4.根据权利要求1所述的装配件，其中所述第一结构包括金属。
5.根据权利要求1到4中的任意一项所述的装配件，其中所述第二纤维层片在所述重叠区内具有第三纤维角度并且在所述基线区内具有第四纤维角度，并且其中所述第三纤维角度不同于所述第四纤维角度，并且其中在所述重叠区内的所述第一纤维层片内的所述第一纤维角度的绝对值不同于在所述重叠区内的所述第二纤维层片内的所述第三纤维角度的绝对值。
6.根据权利要求1到4中的任意一项所述的装配件，其中所述第二纤维层片在所述重叠区和所述基线区内具有相同的纤维角度。
7.根据权利要求1到4中的任意一项所述的装配件，进一步包括第三纤维层片和第四纤维层片。
8.根据权利要求1到4中的任意一项所述的装配件，其中所述第一纤维角度被选择以平衡与所述第二结构和所述第二CTE与所述第一CTE的匹配有关的泊松比的值。
9.一种用于设计复合结构的方法，所述方法包括：
确定在第一复合物中的第一层压板铺层，所述第一层压板铺层具有重叠区CTE以便连接到具有接触结构CTE的接触结构；
确定具有集合特性的第二层压板铺层；
确定在所述第一层压板铺层中的第一纤维层片中的重叠区和基线区处的纤维角度，其中在所述基线区中，所述第一复合物不与所述接触结构联接；
调整在所述重叠区处的纤维角度，以允许CTE失配，从而平衡泊松比的值；以及
使用纤维转向实施所述第一层压板铺层。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一纤维层片具有通过过渡区的纤维转向，并且其中通过所述过渡区的所述纤维转向利用线性角度变换、恒定转向半径或样条线表示中的一个。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述接触结构CTE对应于在圆周方向上的所述重叠区CTE。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述接触结构包括金属。
13.根据权利要求9到12中的任意一项所述的方法，进一步包括第二纤维层片，所述第二纤维层片在所述重叠区和在所述基线区具有不同的纤维角度，并且其中在所述第一纤维层片内的所述纤维角度的绝对值不同于在所述第二纤维层片内的所述纤维角度。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括第三纤维层片和第四纤维层片，其中所述第二纤维层片在所述重叠区和所述基线区内具有一致的纤维角度。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一纤维层片和所述第二纤维层片内的所述纤维角度被选择，以平衡与所述第一复合物和所述重叠区CTE与所述接触结构CTE的匹配相关的泊松比的值。
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