CN107097366A - 用于增强编织的纤维节点部的预型件和方法 - Google Patents

Abstract

一种在纤维增强的复合结构中使用的包括纤维增强的节点部(29、39、49、59)的预型件(20、30、40、50)、一种纤维增强的复合结构及其制造方法、以及一种编织的预型件结构。具有从公共的节点部径向地延伸的编织的织物元件的预型件包括交织在至少两个元件之间并且穿过节点部的至少一个增强纤维。

Description

用于增强编织的纤维节点部的预型件和方法

本申请是申请日为2012年1月20日、国家申请号为201280006131.X、名称为“用于增强编织的纤维节点部的预型件和方法”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种纤维增强的结构。更具体地，本发明涉及一种具有平面部件的纤维增强的预型件，所述平面部件沿其中的至少一个部件的边缘交叉。更具体地，本发明涉及一种制造具有纤维增强的节点部或者结合部的编织的预型件的方法和一种由此方法制成的结构。该方法可以用来制造用于格状结构的生产的预型件。

背景技术

纤维增强的复合结构通常需要两个或者更多个元件沿其中的至少一个元件的边缘结合以形成结合部或者节点部。例如，结构可以具有纤维增强的编织的平面元件，所述平面元件以一定的交叉角度布置使得元件沿其中的至少一个元件的边缘交叉。结构可以包括沿至少一个边缘交叉的平面的非编织的元件，例如金属片或者盘，或者其它成分的陶瓷板。

交叉元件的结合可以用于格状结构或者具有增强肋部的复合板或者外壳的生产。在此情形中，希望或者需要在元件之间沿相交线提供结合部。实现此结合部的一个方法是形成比必要的更长的要结合至第一元件的第二元件。第二元件的额外材料弯折成平行于第一元件并且放置成与第一元件相邻使得第二元件的一部分与第一元件的一部分重叠以形成具有重叠部分的单搭接结合部。重叠部分可以通过如现有技术中已知的诸如螺纹紧固件或者铆钉的机械方法或者诸如粘合剂或者树脂的化学方法彼此固定。许多典型的应用依靠粘合剂或者树脂将元件固定在一起。

在一些情形中，第二元件呈现大致的L形，其中，L的一个腿部(水平腿部或者竖直腿部)与第一元件平行并且相邻。在形成格状结构的过程中，一系列交叉的第一元件和第二元件可以如上文所述形成以形成所需格状结构。在一些格状结构中，第一元件可以布置成平行的行，其中，交叉的第二元件按所需布置。在相邻的第一元件之间，第二元件可以呈现大致的C形，其具有近乎线形的并且平行的顶段和底段、以及在顶段与底段之间并且与顶段和底段相互垂直的中段。类似的结果可通过具有彼此平行并且垂直于基本上线形的中段的近乎线形的顶段和底段的呈大致Z形的第二元件获得。在一些情形中，中段可以不垂直于顶段和底段。在任一形式中，第二元件的顶段和底段可以固定至相邻的第一元件以形成格状结构。

根据已知的方法，在第一元件与第二元件之间的节点部或者结合部由平行于第一元件的单搭接剪切结合部形成。单搭接剪切结合部提供节点部的结构的完整性，其中，节点部的强度取决于用于结合第一元件和第二元件的方法。经由节点部从一个元件传递至另一元件的载荷必要地穿过元件之间的结合部。

与由单搭接剪切结合部形成的节点部相关的缺点是，结合部的强度由重叠部之间的搭接结合部的强度所决定。因为元件保持结构独立，因此施加到或者传递到交叉部的应力通常仅由粘合剂支承。因此，结合部的强度依靠粘合剂的强度，在大多数情况下，粘合剂的强度小于纤维增强的元件的强度。在强度上差别可能很大。仅依靠粘合剂的结合部通常是结构中的弱点。

除了在节点部处的较差的强度之外，用于制造格状结构的现有方法在将单件的编织的织物安置在模具中并且用织物缠绕模具的部分以形成格的开放的单元部分的方面需要足够的人力。

本发明通过提供包括增强的节点部的预型件和使用要求的预型件制造具有元件之间的增强的结合部或者节点部的复合结构的方法来解决现有技术的缺点。本发明还提供制造具有增强的节点部的格状结构的方法，该方法在劳动密集和成本方面低于现有方法。

此应用中的任何文献的引用和借鉴不是对此文献作为现有技术可用于本发明的承认。

发明内容

根据此发明的方面，提出了编织的预型件，其包括交织穿过公共的相交线的多个腿部，相交线形成增强的节点部或者结合部。(出于此说明的目的，除非文中另指示，否则“节点部”和“结合部”可交替地使用。)腿部可以共同地编织并且绕节点部基本上径向地布置并且从节点部指向外侧。预型件可以包括干纤维预型件，干纤维预型件通过使用诸如树脂传递模成形(resin transfer molding)的已知技术而与其它干预型件结合并且转变成复合结构。预型件还可以包括预浸织物，预浸织物可以与其它织物结合并且硬化(cure)以形成复合结构。预型件还可以包括硬化的复合元件，其可以接合至其它复合元件以形成复合结构。

根据此发明的实施方式，形成了增强的节点部，其包括在两个或者更多个腿部之间交织并且编织经过节点部或者结合部的一个或者更多个纤维。预型件可以用于制造除了别的之外的格状结构，格状结构可以例如用作推力反向器叶片、或者叶栅，如可以在航空工业中使用的燃气轮机中发现的。预型件还可以用于制造增强的复合板或者外壳。其它应用对于本领域中的普通技术人员是显而易见的。

根据本发明的示例性的实施方式，提供了包括多个腿部的编织的预型件，多个腿部交织经过共同的相交线从而形成增强的结合部或者节点部。根据此非限制性的示例的编织的预型件可以与其它类似的预型件结合以形成具有增强的结合部或者节点部的格状结构。通过将第一预型件的一个或者更多个腿部的一部分放置成与第二类似预型件的一个或者更多个腿部的一部分平行并且相邻并且与其邻接地接触、并且对上述图案进行重复，可以形成格状结构，其中增强纤维贯穿节点部和结合在一起的相邻的预型件的腿部。

根据一些实施方式，腿部中的至少一个腿部可以沿其从共同节点部至每个腿部的自由端部的长度为相同厚度。在其它实施方式中，至少一个腿部的至少一侧可以沿其从共同节点至腿部的自由端部或末端的长度逐渐变细。在其它实施方式中，至少一个腿部的两侧可以沿腿部的从共同节点至腿部的自由端部或末端的长度逐渐变细。

在非限制性的示例中，常规织机可以用于生产第一长形预型件，其具有以当垂直于长度(即沿纵向轴线)观察时的十字形布置的四个共同编织的元件或者腿部。第二相似尺寸和形状的预型件可以由第一预型件单独地生成或者切出。两个预型件可以布置有纵向轴线，纵向轴线基本上平行并且定向成使得第一预型件的一个腿部或者元件平行于第二预型件的一个腿部或者元件并且平行的元件至少部分地重叠并且邻接。在此布置中，两个十字形的预型件构造成使得四个元件平行并且基本上共面。这些可以表现为例如两个十字形的预型件的水平元件。

每个预型件的另外两个元件垂直于共面的元件、彼此平行并且间隔开。在此示例中，这些由四个竖直元件所表现。

两个十字形的预型件共同包括复合结构的第一子组件。

类似地定尺寸、成形、并且构造的第二子组件可以定位成使得第二子组件的竖直元件中的其中两个与第一子组件的两个竖直元件至少部分地重叠并且邻接。如此被安置在一起后，四个十字形的预型件形成3×3格的一个完整(中心)单元。在此示例中，格可以类似于一字棋格(tic-tac-toe grid)。周边的格单元完全封闭，其中，拐角单元具有在适当位置的两个侧面并且四个内部单元具有在适当位置的三个侧面。额外的十字形预型件可以从该基础的构型增加以包围部分地形成的单元的至少一些以按照所需增加的格的尺寸。

预型件的格可以通过取决于预型件的成分的已知的方法继而处理成复合结构。例如，如果预型件由干纤维制成，则诸如树脂传递模成形的加工过程可以用于将树脂引入预型件并且硬化以形成复合结构。由预浸部件组成的预型件可以在适当条件下共同硬化以接合预型件从而形成复合结构。由完全硬化的复合部件组装的格可以通过向元件的重叠部提供适当接合材料并且使接合材料硬化来形成复合结构。可以根据预型件成分、复合结构的需要、或者其它涉及的因素来使用复合结构构型的其它已知方法。

根据其它非限制性的示例，可以形成具有少于四个元件例如三个元件或者多于四个元件例如五个元件的第一长形预型件。在一些情况下，常规织机可以用来生产预型件的编织的织物。在一些实施方式中，预型件在垂直于长度的横截面中观察的情况下可以具有位于中心的公共的节点部，元件中的每一个元件从节点部径向地延伸。

预型件可以在长度尺度上是直线的或者可以是曲线的。直线的预型件会产生直线的节点部，然而曲线的预型件会产生当沿着相交部观察时在一个或者多个方向上弯曲的节点部。任一形状的预型件可以通过使用类似的加工过程组装以形成格状结构。

本发明的另一示例性实施方式针对增强的预型件，其包括与相邻的腿部成对地布置的具有共同的相交线和共同编织加固的交织的腿部，从而形成增强的节点部。可以编织多个腿部对使得增强纤维可以编织在一对腿部中的单独的腿部之间以及一个或者更多个额外腿部或者腿部对之间。节点部形成在位于共同的相交线处的交织的腿部对之间并且包括交织在腿部之间的增强纤维。

腿部对可以是基本上平面的并且平行，彼此间隔开从而形成空隙，并且构造成将平面元件接纳形成在腿部之间的空隙中。为了此公开的目的，“元件”可以是编织的织物或者编织的织物结构，其与其它编织的织物部件、元件、或者预型件通过已知的加工过程组合形成复合结构、或者诸如金属片或者盘的非编织的结构、或者诸如陶瓷板的板、或者其它材料的板。如果织成，“元件”可以是干纤维织物或者预型件、预浸织物或者预型件、硬化的复合元件、或者根据特定使用和在制造过程中的阶段的其它已知的部件。

例如，具有布置成三对相邻的腿部的六个腿部的预型件可以接纳三个平面元件，每一个平面元件在每对腿部之间。在此非限制性的示例中，预型件对在结合部或者节点部处相交的三个平面元件提供纤维加固。类似地，布置成四个腿部对的八个腿部可以接纳四个元件。腿部对可以绕节点部等距地间隔开或者可以按所需不相等地间隔开。

在类似的方式中，腿部对可以是基本上非平面的，其具有局部地平行朝向的表面，该表面彼此间隔开从而形成空隙，并且构造成将类似地成形的非平面元件接纳在形成在腿部之间的空隙中。成对的两个腿部的至少内侧朝向的表面具有基本上相匹配的但是相反的轮廓。即，如果第一腿部的内侧朝向的表面在特定点处凹入，那么第二腿部的内侧朝向的表面上的对应位置会具有曲度相近、但是方向相反的弯曲，即在该点处为凸起。因此，在所有点处基本上保持在成对的腿部的内侧朝向的表面之间的平行或者近乎平行。

对于非限制性的示例，在具有两个平行主表面(如与边缘表面相对)的编织的织物元件中，主表面可以具有简单的、变化的、或者复杂的弯曲，其中，织物的一侧的曲线是另一侧的倒置，这保持了元件表面的局部的平行。即，如果一个表面在特定位置处具有凹入的弯曲，那么织物的相对侧上的对应位置有必要具有凸出的弯曲。元件可以具有在织物的表面上的持续改变的弯曲。

构造成接纳非平面的元件的一部分的腿部对具有与要被接纳的元件的部分基本上相同的轮廓和构型。当此曲线预型件被组装时，预型件结构中的腿部具有在一个或多个方向上弯曲的呈曲线的相交线，并且具有在一个或者更多个方向上的弯曲。

无论元件和腿部对的平面性如何，包括一个或者更多个预型件腿部对和一个或者更多个元件的预型件结构可以通过使用与上文所述方法类似的方法加工成复合结构。腿部对和相关联的元件可以硬化，共同硬化，或者接合以生产复合结构。预型件与元件之间的分界面可以包括单搭接剪切结合部或者双搭接剪切结合部。

根据本发明的方法的实施方式，公开了利用增强的节点部制造格状结构的比现有已知的加工过程更加经济的加工过程。方法适于与上文所述的成形的预型件一起使用，即与具有当沿其长度——该长度可以是直线的或曲线的——观察时的十字形状的预型件一起使用。加工过程可以包括模具或者成形器具(通常被称为“加工器具(tool)”或者“模制器具(tooling)”)成形并且构造成与完成的产品的所需形状一致。

根据本发明的预型件可以由具有能够硬化的涂层的纤维制成。可替代地，可以在格状结构的制造之前将适当的涂层添加到预型件。能够硬化的预型件的非限制性示例包括在编织前由涂有涂料或者增粘剂的纤维织成的预型件、在编织后将增粘剂施加到预型件的预型件，以及由树脂材料预浸的预型件。

预型件可以用作适当地定尺寸并且成形的模具中的插入物。需使用的插入物可以在插入模具之前剪切成近似网形，或者插入物可以在模具中进行修剪。在模具中，插入物可以安置在设置在加工器具或者模具内适当成形的型腔中，其中，相邻的预型件的部分彼此重叠并且相互邻接。

额外的材料还可以按所需安置在模具内。模具、预型件、以及任何额外插入的材料可以在模具中预加热。树脂或者基体材料可以在包括压力和温度的适当的条件下喷入以使格状结构固化。在适当的加工过程之后，格状结构可以从模具上除去并且按需要修整成最终尺寸。

根据此发明的实施方式，提供了增强的预型件，其包括在边缘结合并且从公共的节点部径向地延伸的多个共同编织的织物元件，其中，多个元件中的每一个元件的至少一个增强纤维编织经过节点部并且进入多个元件中的至少另一个元件中。在一些实施方式中，织物元件中的至少一个织物元件包括基本上平行的主表面。在其它的实施方式中，主表面中的至少一个主表面从节点部到元件的端部渐缩。在一些实施方式中，织物元件与相邻的元件成对地布置使得元件的相对朝向的相邻的主表面间隔开一段距离并且在相对朝向的相邻的主表面之间形成空隙。

在本发明的一些实施方式中，提供了复合结构或者包括多个预型件的大致上的结构，其中，多个预型件中的每一个预型件包括在边缘结合并且从公共的节点部径向地延伸的多个共同编织的织物元件，其中，多个元件中的每一个元件的至少一个增强纤维编织经过节点部并且进入多个元件中是至少另一个元件中。多个预型件中的每一个预型件包括纵向轴线，并且预型件布置成使得轴线以格状图案基本上平行地排列。编织的织物元件的第一端与至少第一编织的织物元件重叠并且邻接。

在结构的实施方式中，提供了包括主表面的元件，其中，至少第一多个预型件包括相邻的元件，该相邻的元件成对地布置使得相对朝向的相邻的主表面间隔开一段距离并且在相对朝向的相邻的主表面之间形成空隙。提供了元件，其至少部分地接纳在空隙内，并且与元件的相对朝向的相邻的主表面中的一个主表面的至少部分重叠并且邻接。在一些实施方式中，多个预型件中的第二预型件包括相邻的元件，该相邻的元件成对地布置使得相对朝向的相邻的主表面间隔开一段距离并且在相对朝向的相邻的主表面之间形成空隙。元件的第二端至少部分地接纳在形成在第二预型件中的空隙内，并且与元件的相对朝向的相邻的主表面中的至少一个主表面重叠并且邻接。

形成增强的复合结构的方法的实施方式包括制造第一增强的预型件，第一增强的预型件包括在边缘结合并且从公共的节点部径向地延伸的多个共同编织的织物元件，其中，多个元件中的每一个元件的至少一个增强纤维编织经过节点部并且进入多个元件中的至少另一个元件中；以与第一增强预型件类似的方式制造第二增强预型件，第二增强的元件包括至少一个元件；将元件的至少一部分定位成与第一编织的预型件的至少一部分相邻以形成预型件组件；加工预型件组件以形成复合结构。

在本发明的方法的一些实施方式中，第一编织的预型件的织物元件包括主表面。在其它实施方式中，第二增强的预型件还包括在边缘结合并且从公共的节点部径向地延伸的包括主表面的多个共同编织的织物元件其中，多个元件中的每一个元件的至少一个增强纤维编织经过节点部并且进入多个元件中的至少另一个元件中。在实施方式中，第一增强的预型件和第二增强的预型件具有纵向轴线并且布置成其纵向轴线基本上平行。第一预型件和第二预型件组装成使得第一编织的预型件的主表面中的至少一个主表面的一部分与第二编织的预型件的主表面中的至少一个主表面的一部分至少部分地重叠并且邻接。

本方法的一些实施方式包括将第一预型件的织物元件中的至少一些织物元件布置成与相邻的元件成对使得相对朝向的相邻的主表面间隔开一段距离并且在相对朝向的相邻的主表面之间形成空隙；并且将第二预型件的元件的第一端的至少一部分定位在形成在第一增强的预型件中的空隙中的一个空隙内，从而与其相对朝向的相邻的主表面中的一个主表面的至少一部分重叠并且邻接。

其它实施方式包括将织物元件中的至少一些织物元件布置为与相邻的元件成对使得相对朝向的相邻的主表面间隔开一段距离并且在相对朝向的相邻的主表面之间形成空隙；定位编织的元件的第一端使其至少部分地接纳在形成在第一增强的预型件中的空隙内；并且定位元件的第二端使其至少部分地接纳在形成在第二增强的预型件中的空隙中的一个空隙中，从而与其相对朝向的相邻的主表面中的一个主表面的至少一部分重叠并且邻接。

注意到，在此公开中，特别是在权利要求中，术语例如“包括(comprises)”、“包括(comprised)”、“包括(comprising)”等可以具有归属于美国专利法中的含义；例如，它们可以指代“包括(includes)”、“包括(including)”等。

公开了这些和其它实施方式并且这些和其它实施方式从下列具体的描述中变得显而易见，同时这些和其它实施方式由下列具体的描述所包含。

附图说明

通过示例给出并且无意于将本发明限制于公开的具体内容的下列具体描述与附图结合，在附图中，同样的附图标记代表相同或者相似的元件和部件，并且其中：

图1为格状结构的立体图；

图2为增强的板或者外壳的立体图；

图3a至3c是可以用于图1的格状结构或者图2的增强的板中的元件的轴向视图；

图4为根据本发明的实施方式的编织的增强预型件的轴向视图；

图5为根据本发明的实施方式的编织的增强预型件的轴向视图；

图6为根据本发明的实施方式的编织的增强预型件的轴向视图；

图7为根据本发明的实施方式的编织的增强预型件的轴向视图；

图8为根据本发明的实施方式的编织的增强预型件的立体图；

图9为根据本发明的实施方式的编织的增强预型件的平面图；

图10为根据本发明的实施方式的编织的增强预型件的平面图；

图11为根据本发明的实施方式的增强预型件的平面图；

图12为根据本发明的实施方式制成的格状结构的立体图；

图13为在复合结构的形成之前保持增强的编织预型件并且使增强的编织的预型件成形的模具元件的立体图；

图14为由图13的模具元件和预型件生产的复合结构的立体图；

图15为根据本发明的实施方式的增强的结构；

图16为根据本发明的实施方式的增强的编织的预型件的轴向视图；

图17为包括图16的编织的增强的预型件的增强的编织的预型件结构的平面图。

具体实施方式

下文中，参照附图对本发明的实施方式进行描述，附图示出了编织的增强预型件和由编织的增强预型件生成的复合结构的实施方式。但是，可以理解，本发明的应用包含其它增强预型件并且不限制于所示出的这些。另外，本发明不限制于所示出的实施方式和其具体描述，所示出的实施方式和其具体描述提供说明的而非限制性的目的。

复合结构通常包括需要沿其边缘结合的元件的细节。图1示出了开放的格状复合结构1，该开放的格状复合结构1包括与编织的第二元件12交叉并且结合的编织的第一元件10。在相交线14的处，元件中的其中一个、例如元件12当与元件、在该示例中为元件10相交时沿其长度被打断。相交线14通常被称为节点部或者结合部。在第一元件10与相邻的第二元件12组成的相邻的对之间形成有单元11。如所示的，单元11基本上是矩形，但是可以根据预期的使用或者其它需要而呈不同的形状。

图2示出了包括外壳或者板16的复合结构2，外壳或者板16由定位成与板16的至少一个表面相邻并且布置成在节点部或者结合部14处交叉的元件10、12增强或者加硬。

类似于图1和2中示出的复合结构的复合结构通常由多个编织的第一元件10制成，该多个编织的第一元件10例如足够长以横跨所需结构的尺寸、在此示例中为W。多个编织的第二元件12编造成几何形状以配合在相邻的的第一元件10之间。第二元件12可以制成具有如图3a至3c中分别示出的基本上直线的水平段18a和基本上直线的竖直段18b的L、C或者Z形。基本上水平的段18a通常固定至第一元件或者元件10的一部分。节点部或者结合部14形成在元件10、12的相交线处。元件10、12通过使用已知工艺加工成复合组件。

因为元件10、12是结构上独立的元件，因此不存在共用于两个元件的纤维横跨节点部14。在结构上，节点部14通常成为结构中的弱点。施加于复合结构1、2或者元件10、12的载荷可以沿着元件传递至节点部14。节点部的负载能力通常取决于所用的接合方法并且通常受到接合方法中使用的粘合系统的限制。超过节点部的负载能力的载荷可以在节点部处造成结构1、2的失效，这通常导致灾难性故障。

通常需要提供能够比已知节点部结构技术传递更大载荷的在交叉的元件10、12之间的节点部。本发明提供了包括贯穿节点部的至少一个纤维的节点部。贯穿节点部的纤维通过补充在元件之间的附接的负载强度来加强节点部的负载能力。

根据本发明的实施方式，如图4中所示，编织的增强预型件20包括多个织物腿部22-26，多个织物腿部22-26作为共同在边缘结合的薄片而编织在一起并且在增强的节点部29处相交。如所示出的，腿部22-26在作为织物的部分的形成节点部29的相交线处编织在一起，并且腿部22-26可以通过使用已知技术进行编织。通过使用已知编织技术，编织的增强预型件20可以编织成基本上任何长度，该长度垂直于图4的视图。

在对增强的编织预型件20进行编织时，至少一个增强纤维编织在各个腿部之间使得每一个腿部与至少另一个腿部共用编织的增强纤维。例如，腿部22可以具有与腿部24编织在一起的至少一个共同的纤维。腿部24可以与腿部26具有至少一个共同的纤维，并且腿部26可以与腿部22具有至少一个共同的纤维。

如图所示，腿部22-26包括主表面22a、22b、24a、24b、26a、26b，主表面22a、22b、24a、24b、26a、26b不平行并且基本上沿长度均匀地渐缩，从节点部24向外变窄。在可替代的实施方式中，腿部表面可以基本上平行，从而形成沿其长度相同厚度的腿部，或者腿部表面可以仅在一侧上渐缩。仅为了易于说明，腿部22-26示出为绕节点部29均匀地间隔开。腿部可以按照所需定位在绕节点部29的任何角度的位置处。

可替代的实施方式可以具有绕节点部径向地间隔开的多于3个腿部。可替代的预型件的非限制性的示例性的实施方式在图5中示出，在图5中，增强的编织预型件30包括在边缘结合并且绕节点部39径向地间隔开的4个腿部32-38。腿部32-38可以包括主表面32a、32b、34a、34b、36a、36b、38a、和38b。腿部可以如图5中所示在一侧或者两侧上逐缩，或者可以如上文所述，在沿其长度的厚度上始终不变。

该增强的编织预型件的实施方式可以包括类似于上文描述的腿部的腿部，其成对地布置成绕节点部径向地定位。在一对腿部中的单独的腿部可以彼此不同，例如，其可以为不同尺寸，例如厚度T、在节点部的方向上的长度、或者在径向上距离节点49的宽度W，如图6中所示。

如具有成对的腿部的预型件的非限制性的示例，图6示出了预型件40，预型件40包括布置成在边缘结合并且绕节点部49径向地布置的3对腿部的6个腿部42、43、44、45、46、47。每对腿部包括基本上彼此平行布置并且间隔一段距离d以形成空隙的两个相邻的腿部。当成对的腿部(42、43)、(44、45)、(46、47)之间编织时，增强纤维可以编织在邻近的腿部之间，即，例如，纤维可以从腿部43编织至腿部44。可替代地，增强纤维可以从一个腿部编织，绕开一个或者更多个腿部，并且编织进随后的腿部中。增强纤维可以从一对腿部中的一个腿部编织至另一对腿部中的另一个腿部。例如，增强纤维可以在一对中的腿部之间进行编织，例如腿部42(或者43)可以与腿部45(或者46)编织在一起，由此掠过邻近的腿部44。当在腿部之间进行编织时，增强纤维穿过节点部49。

图7中示出了类似的实施方式，在图7中，增强的预型件50包括8个在边缘结合的腿部，该8个在边缘结合的腿部包括由形成腿部之间的空隙的距离d间隔开的4对腿部，成对的腿部绕节点部59径向地布置。如上所述，纤维可以从一对腿部中的一个腿部编织并且编织进另一对腿部中的腿部中，其中，增强纤维穿过节点部59。

成对的腿部(42、43)、(44、45)、(46、47)在图6和7中示出为间隔开一段距离d，从而在相对地面向的邻近的主腿部表面之间形成空隙或者间隔。仅为了易于说明，所示出的间隔包括与腿部面结合成直角的平的底部。在一对腿部的腿部之间形成的间隔的底部不是平的、或者底部和侧部成锐角是可以预见的。与常规的复合材料的惯例一致，可以预见，大多数内侧角和外侧角不是锐角或者直角而是圆角。仅为了易于说明，在示出中的角为锐角。

仅为了易于说明，示例性的腿部主表面42a、42b(图6)以及51a、51b(图7)示出为平的并且基本上平行。在示出的实施方式中，腿部42-47(图6)和51-58(图7)在厚度上基本上一致。如本发明的其它实施方式中，图6和7中示出的实施方式的腿部可以包括非平行的表面和因此沿腿部长度渐缩的腿部。

预型件可以具有沿预型件的长度的线形的节点部。即，节点部可以形成对应预型件长度的直的、或者基本上直的线。例如，如图4至7中的端视图中示出的预型件20、30、40、以及50可以垂直于纸面延伸对应预型件的长度，从而产生线性的预型件。

可替代地，根据此公开的预型件可以具有带有曲线构型的部分，或者可以在其长度上整体为曲线的。即，预型件可以形成在所需的曲线构型中或者可以呈现所需的曲线构型，如图8中的预型件30a所示。在横截面中，预型件30a类似于图5中示出的预型件30，其中，4个元件32a-38a在边缘结合并且绕节点部39a径向地间隔开。区别在于，图8中的元件32a-38a可以编织成容纳平面内弯曲或者平面外弯曲的度数。正如所示，元件34a和38a基本上共面并且在此平面内弯曲。元件32a和36a基本上共面并且位于基本上相同的弯曲表面上，其中，元件示出了沿预型件的长度的平面外的弯曲。

根据此发明的实施方式的增强的预型件可以以多种方式组装以形成包括增强的节点部的格状的结构。在一些实施方式中，增强的预型件可以组装成提供例如在元件的相交处的复合结构中的增强的节点部。图9示出了根据本发明的实施方式的增强的编织预型件结构60的非限制性的示例，其中，每个都包括3个编织的织物腿部的多个预型件70至75以示例的组合方式进行组装以形成格状的复合结构。组合类似的预型件以形成类似结构的不同方式对于本领域中的普通技术人员是显而易见的。

图9为根据本发明的编织的预型件结构60的平面图，其中，预型件70至75垂直于纸面延伸。

根据图9的非限制性的示例，根据本发明的编织的预型件结构60可以由增强的预型件70至75进行组装，预型件70至75每个都包括如下所述的三个腿部或者元件。第一预型件70布置成使得一个腿部70a竖直地定向并且指向上方，第二腿部70c例如朝竖向腿部的右侧向下定向，并且三体件(triplet)的第三腿部70b如所示的朝左侧向下定向。第二预型件71布置成使得腿部71b在70c的位于70a与70c之间的侧面(编织的预型件结构60的“外侧”)上与腿部70c邻接并且基本上重叠。腿部71a从节点部向上并向右延伸，并且腿部71c从节点部竖向地向下定向并且基本上平行于腿部70。预型件72布置有腿部72b，腿部72b基本上竖向地定向从而在71c的位于腿部71b与71c之间的侧面(结构60的“内侧”)上与腿部71c邻接并且基本上重叠。

预型件73布置有腿部73a，腿部73a竖向地向下定向，与腿部70a基本上共面。腿部73c朝右侧向上定向从而在72c的形成结构的内侧的侧面上与腿部72c邻接并且基本上重叠。腿部73b朝左侧向上定向。预型件74类似于预型件72地布置，其偏向72的左侧。腿部74a向上竖向地定向，腿部74c朝右侧向下定向从而在结构的内侧与腿部73b邻接并且基本上重叠。腿部74b朝左侧向下定向。预型件75以类似于预型件71的方式布置，其偏向预型件71的左侧。腿部75b向下竖向地定向从而在结构的外侧上与腿部74a邻接并且基本上重叠。腿部75c朝右侧向上定向从而与腿部70b邻接并且基本上重叠。腿部75a朝左侧向上定向。

如此布置的预型件70-75形成编织的预型件结构60，编织的预型件结构60包括基本上六边形的单元13。对于本领域中的普通技术人员来说显而易见的是，通过将与70-75类似的额外预型件与示出的预型件结构通过使预型件腿部以类似的方式重叠和邻接来进行结合从而形成额外的六边形单元、图9中示出的单个单元13可以扩展成格状结构。如上文所述，该结构可以通过使用已知方法中的任一种进行进一步加工从而形成复合结构。

仅为了易于说明，图9中的编织的织物腿部70a至75c示出为直线段。在此结构中，每个编织预型件的腿部有必要具有厚度。可以预见，编织的织物腿部70a-75c可以具有沿至少一些腿部的长度变化的厚度。例如，图9的编织的预型件的腿部70a-75c可以具有与图4中示出编织预型件的腿部类似的均匀变化的腿部厚度。可替代地，包括图9的结构60的预型件的腿部还可以是相同的厚度。

当结构60硬化成复合结构时，重叠腿部、例如腿部70c和71b可以形成单搭接剪切结合部(single lap shear joint)。具有变化厚度的腿部在重叠时可以形成具有沿其长度的相同厚度或者基本上相同厚度的腿部。如图9中所示，根据本发明的一个实施方式，编织预型件70-75的腿部70a-75c是基本上相同的长度使得重叠腿部可以基本上共同延伸。在一些实施方式中，重叠腿部可以不是相同的长度。另外，腿部70a-75c可以在垂直于图9的视图的深度方面不同。

在图10中，根据本发明的另一实施方式，增强的预型件80、81、82、和83可以组装成形成编织预型件结构62。预型件80-83包括编织的织物腿部80a-83d。如图9的实施方式，仅为了易于说明，图10的预型件结构62的腿部80a-83d通过使用直线段示出。在此结构中，每个编织预型件的腿部有必要具有厚度。可以预见，编织的织物腿部80a-83d可以具有沿至少一些腿部的长度变化的厚度。例如，图10的编织预型件的腿部80a-83d可以具有类似于图5中示出的编织预型件的腿部的均匀变化的腿部厚度。

根据图10的非限制性示例，根据本发明的编织预型件结构62可以由增强的预型件80-83组装，增强的预型件80-83均包括如下所述的四个腿部。第一预型件80布置有竖向地并且共面地布置一对腿部80a和80c、腿部80b和80d彼此共面并且垂直于80a、80c。即，80b和80d水平地定向，其中，80b位于80a、80c的右侧。预型件81可以布置成使得腿部81a和81c共面并且竖向地定向从而使81a、81c平行于80a、80b并且偏向80a、80b的右侧。共面的腿部81b和81d水平地定向，其中，腿部81d在与腿部80a相反的侧面(编织预型件结构62的“内侧”)与腿部80b邻接并且基本上重叠。预型件83和82分别与预型件80和81类似地布置，其中，83和32位于80、81下方。竖向的腿部82a和82c共面并且定向成腿部82a在结构的内侧与腿部81c邻接并且基本上重叠。竖向腿部83a和83c共面并且定向成腿部83a在结构的外侧与腿部80c邻接并且基本上重叠。水平腿部82b和82d共面并且平行于腿部80b、80d、81b、81d。水平腿部83b和83d共面并且平行于腿部80b、80d、81b、81d，其中，腿部83b向着结构的内侧与腿部82d邻接并且基本上重叠。

当结构62形成复合结构时，重叠腿部、例如腿部80b和81d可以形成单搭接剪切结合部。具有变化厚度的腿部在重叠时可以形成具有沿其长度相同厚度或者基本上相同厚度的腿部。如图10中所示，根据本发明的一个实施方式，编织预型件80-83的腿部80a-83d基本上是相同的长度使得重叠腿部可以基本上共同延伸。在一些实施方式中，重叠腿部可以不是相同的长度。另外，腿部80a-83d可以在垂直于图9的视图的深度方面不同。

如图10中所布置的预型件80-83形成包括基本上矩形的单元11的编织预型件结构62。对于本领域中的普通技术人员来说显而易见的是，通过将与80-83类似的额外预型件与示出的预型件结构通过使预型件腿部以类似的方式重叠和邻接来进行结合，图10中示出的单个单元11可以扩展成格状结构。如上所述，预型件结构62可以通过使用已知方法中的任一种进行进一步加工从而形成复合材料。

曲线的预型件可以类似地组装成形成与图10中示出预型件结构的类似的结构。曲线的预型件可以组装成例如图11中所示，其中，类似于图8的预型件30a的两个预型件30b和30c在形成复合材料之前以示例性的构型进行组装。预型件30b和30c具有相同或者基本上相同的弯曲使得元件或者腿部34b和38c重叠并且在其长度上保持基本上平行并且邻接，腿部34b和38c可以共同延伸或者可以不共同延伸。预型件30b和30c可以编织成使得预型件的长度可按照所需的弯曲方向进行定位并且在形成复合材料之前在不需要定位装置的情况下保持如此构造。

将类似于30b和30c的额外预型件进行组合以形成较大的格状结构对于本领域中的普通技术人员来说是显而易见的。此结构100的一个非限制性示例在图13中示出。对结构100的示例性的使用可以包括用作通常用于引导空气流围绕飞行器涡轮发动机的推力反向器或者叶栅。以类似方式制成的其它结构和/或对示例性的结构100的其它使用对于本领域中的普通技术人员来说是显而易见的。

在其它实施方式中，预型件可以编织成易于制成的形状、例如线形预型件，并且放置在适当成形的模具中以将预型件保持为所需的最终形状。构造成将预型件保持为所需形状的模具的一个非限制性的示例在图13中示出。如所示出的，十字形状的预型件32d放置于在4个模具元件102-108之间形成的空隙中。模具元件通过使用传统的成形构件构造成最终复合结构的所需网形或者近似网形。在模制装置中进行适当加工的状态下，预型件32d可以加工成具有所需形状的复合结构。

图14示出了由图13中示出的模具构型产生的、经过了适当加工条件的成形的复合结构101的示例。

更大的结构可以通过将多个预型件和多组模具元件102-108放置为与图13的预型件和模具元件相邻近而形成，使得各预型件的至少一个腿部与邻近的预型件的至少一个腿部重叠并且保持为邻接关系并且进行加工以形成复合材料。

可替代地，多重结构101可以利用已知技术通过重叠元件形成并且组装而形成较大的结构。

根据本发明的增强的编织预型件结构可以有益于在交叉元件之间制成增强的节点部。在根据本发明的另一实施方式中，类似于图7中示出的增强的编织预型件的增强的编织预型件90可以组装有副元件92、94、96、和98以形成如图15中示出的预型件结构64。如所示出的，副元件92-98的第一端可以至少部分地插进基本上平行的腿部对(51、52)、(53、54)、(55、56)、(57、58)之间的间隔中，其中，在一对腿部中相对朝向的腿部表面(例如图7中的51b和52b)间隔开一段距离d。间隔d可以构造成紧紧地接合插在其中的元件。在一些实施方式中，间隔d可以提供在元件与相对朝向的腿部表面之间的一定的间隙以接纳例如粘合剂。

编织的预型件90可以用于在加硬的板或者外壳中的元件的相交处形成增强的节点部。如图2中所示，交叉的元件10和12在相交线处形成节点部14。编织的预型件90可以安置在节点部14处，其中，腿部对(51、52)和(55、56)接纳被截断的元件12的端部并且腿部对(53、54)和(57、58)接纳被截断的元件10的端部。

编织的预型件结构64可以通过使用上文所述的方法转变成增强的复合结构。

仅为了易于说明，编织的预型件结构64在图15中示出为单个节点部结合的4个元件。元件92-98被指定为副元件以将它们与预型件中的其它元件区别开。对于本领域中的普通技术人员来说显而易见的是，预型件结构64通过使用在副元件92-98的第二端处的额外的编织预型件90连同额外元件(未示出)而进行重复以形成包括与图10中示出的单元类似的基本上矩形的单元11的格状结构。

本领域中的普通技术人员认识到，包括其它形状的单元的格状结构可以由不同构成的编织的预型件实现。例如，用于以如上文所述的类似方式结合元件的图6中的编织的预型件40可以产生包括与图9中的单元13类似的基本上六边形的单元的编织的预型件结构。

可替代地，“混合”编织的预型件可以形成有成对布置的至少一些元件和单个布置的其它元件。如非限制性的示例，根据本发明的一个实施方式在图16中示出。编织的预型件110具有布置成两对元件(111、112)、(113、114)的四个连续的元件以及单个地布置的两个元件(115和116)。为了易于说明，节点部119示出为阴影的圆并且6个元件111-116示出为直线，这代表了如上文所述的元件的构型，即，元件具有平行或者非平行的主表面。

图17表示由图16的混合预型件110构成的复合结构的一个非限制性的示例。如所示出的，复合结构120由4个混合的预型件构成，4个混合的预型件组装成使得每个单个元件115和116均被接纳在在成对元件(111、112)和(113、114)之间形成的空隙内。此图案可以连续以形成大于示出的3×3格的结构。具有单个元件和成对元件的其它布置方式的混合预型件是可以预见的，如具有布置在多于2个的组中的元件的混合预型件。例如，一些混合预型件可以包括具有或者不具有单个元件的两个一组、三个一组或者更多个一组的元件组。除了图16中示出的基本上十字形的构型之外，混合预型件可以制成其它构型，例如图4和6的具有或者不具有单个元件的三个一组的构型。

在本发明方法的非限制性的示例性的实施方式中，格状结构和具有增强的节点部的增强的板或者外壳可以以比当前已知的工艺更加经济的工艺制成。此方法适于与直的并且成形的预型件、即如上文实施方式中描述的在纵向方向上的长度可以是直线或者曲线的预型件一起使用。加工过程可以包括模具或成形器具，通常为成形并且构造成与成品的所需形状一致的模制器具。

根据生产格状结构或者增强的板的非限制性的示例性的方法的预型件通常如下进行制造。所呈现的方法用于十字形状的预型件，可以认识到，具有更少或者更多个元件的其它形状可以用于类似的方法中。十字形格状结构可以由图10的示例性的增强的编织预型件结构62表示。由具有三个元件的预型件制成的预型件结构可以由图9的示例性的增强的编织预型件结构60表示。

如示例性的第一步骤，十字形的预型件(30或者80)由纤维织成，纤维具有涂层或者包括能够热定形(heat set)的部件。可替代地，预型件可以在编织后的步骤中使用适当的涂层进行覆盖或者加工。适于热定形的适当涂层的非限制性的示例包括胶料或增粘剂。可替代地，预型件可以在编织后利用基体材料或者树脂材料预浸。

包括具有与所需的最终形状对应的形状、轮廓以及尺度的模具型腔的模制器具被制造。模具通常包括与格状结构的所需尺寸和形状对应的形状的重复图案。预型件可以以如下方式接纳在模具中：即，相邻的预型件中的至少一些腿部彼此邻接并且至少在一定量地重叠。图10示出了十字形的预型件，该十字形的预型件布置成使得相邻的预型件的腿部基本上完全重叠。其它实施方式可以根据需要提供不同程度的重叠。如现有技术已知的，模具能够打开以允许适当的预型件的插入，并且能够关闭以将预型件密封在型腔中。

预型件可以预剪切成适合的长度并且安置在模具中，或者过大的预型件可以安置在模具中并且修整成模具中的尺寸。在每个模具型腔已经接纳了预型件插入件和要被包含在复合格状结构中的其它材料之后，模具关闭从而使放置预型件的型腔密封，用于加工成复合结构。

模具元件、插入预型件、以及安置在模具中的任何额外材料可以在进一步的加工步骤之前在模具中预加热。在适当状态下，树脂或者基体材料在适当压力和温度下喷入以填充模具并且形成格状结构。在适当加工之后，格状结构可以从模具上取出用以按照所需要或者所预期的进行模制后加工。

因此，已经对本发明的多个实施方式进行了具体地描述，可以理解，由上文限定的本发明不限制于根据上文描述中的特定细节，因为在不脱离本发明的精神或者范围的情况下，可能有很多本发明的显而易见的变化形式。

Claims (14)

1.一种增强的预型件，包括：

多个共同编织的织物元件，所述多个共同编织的织物元件在边缘结合并且从公共的节点部径向地延伸，

其中，至少一个增强纤维从所述多个元件中的每个元件被编织经过所述节点部并且被编织到所述多个元件中的至少另一个元件中，以及

其中，所述预型件是曲线的。

2.一种形成增强的复合结构的方法，包括下列步骤：

制造第一增强的预型件，所述第一增强的预型件包括多个共同编织的织物元件，所述多个共同编织的织物元件在边缘结合并且从公共的节点部径向地延伸，其中，至少一个增强纤维从所述多个元件中的每个元件被编织经过所述节点部并且被编织到所述多个元件中的至少另一个元件中；

制造第二预型件，所述第二预型件包括至少一个副元件；

将所述副元件的至少一部分定位成与编织的所述第一预型件的至少一部分相邻以形成预型件组件；

加工所述预型件组件以形成复合结构；

将每个预型件制造成包括三个腿部元件；以及

将所述预型件定位成形成包括六边形单元的增强的复合结构。

3.一种复合结构，包括：

多个曲线的预型件，每个曲线的预型件包括多个共同编织的织物元件，所述多个共同编织的织物元件在边缘结合并且从公共的节点部径向地延伸，至少一个增强纤维从所述多个元件中的每个元件被编织经过所述节点部并且被编织到所述多个元件中的至少另一个元件中；以及

基体材料，

其中，所述多个曲线的预型件中的每一个曲线的预型件包括纵向轴线，所述多个预型件的轴线以格状图案基本上平行地排列；以及

所述多个曲线的预型件中的第一个曲线的预型件的第一编织的织物元件的第一端部与所述多个曲线的预型件中的第二个曲线的预型件的至少第二编织的织物元件重叠并且邻接。

4.一种编织的预型件结构，包括：

形成六边形单元的多个增强的预型件，每个预型件包括从公共的节点部径向地延伸的三个腿部元件，

其中，每个预型件的所述腿部中的至少一个腿部是限定所述六边形单元的一个或多个侧边的内侧腿部，以及

来自所述预型件中的每个预型件的节点部中的每个节点部的所述内侧腿部形成所述编织的预型件结构的六边形单元。

5.根据权利要求4所述的编织的预型件结构，其中，所述增强的预型件中的至少一个增强的预型件包括：

多个共同编织的织物元件，所述多个共同编织的织物元件在边缘结合并且从公共的节点部径向地延伸，其中，至少一个增强纤维从所述多个元件中的每个元件被编织经过所述节点部并且被编织到所述多个元件中的至少另一个元件中。

6.根据权利要求4所述的编织的预型件结构，包括：

第一预型件，所述第一预型件布置成使得：第一腿部元件竖直地定向并且从所述第一预型件的节点部指向上方，第二腿部元件在所述第一腿部元件的一侧从所述第一预型件的节点部向下定向，并且第三腿部元件在所述第一腿部元件的相反侧从所述第一预型件的节点部向下定向；

第二预型件，所述第二预型件包括第一腿部元件、第二腿部元件和第三腿部元件，所述第二预型件的第一腿部元件在所述第二预型件的一侧从所述第二预型件的节点部向上定向，并且所述第二预型件的第二腿部元件在所述第二预型件的相反侧从所述第二预型件的节点部向上定向，所述第二预型件的第三腿部元件从所述第二预型件的节点部向下定向并且平行于所述第一预型件的第一腿部元件，其中，所述第二预型件的第二腿部元件在所述第一预型件的第一腿部元件与所述第一预型件的第三腿部元件之间与所述第一预型件的第三腿部元件邻接并且基本上重叠；

第三预型件，所述第三预型件包括第一腿部元件、第二腿部元件和第三腿部元件，所述第三预型件的第一腿部元件从所述第三预型件的节点部向下延伸，所述第三预型件的第二腿部元件在所述第三预型件的一侧从所述第三预型件的节点部延伸且基本上竖直地定向，所述第三预型件的第二腿部元件在介于所述第二预型件的第二腿部元件与所述第二预型件的第三腿部元件之间的内侧与所述第二预型件的第三腿部元件邻接并且基本上重叠，所述第三预型件的第三腿部元件在所述第三预型件的第一腿部元件的相反侧从所述第三预型件的节点部向下延伸；

第四预型件，所述第四预型件布置成使得：第一腿部元件竖直地定向并且从所述第四预型件的节点部指向下方，第二腿部元件在所述第四预型件的第一腿部元件的一侧从所述第四预型件的节点部向上定向并且在所述第三预型件的第三腿部元件的内侧与所述第三预型件的第三腿部元件邻接并且基本上重叠，并且第三腿部元件在所述第四预型件的第一腿部元件的相反侧从所述第四预型件的节点部向上定向；

第五预型件，所述第五预型件包括第一腿部元件、第二腿部元件和第三腿部元件，所述第五预型件的第一腿部元件从所述第五预型件的节点部向上定向，所述第五预型件的第二腿部元件在所述第五预型件的一侧从所述第五预型件的节点部向下定向，所述第五预型件的第三腿部元件在所述第五预型件的另一侧从所述第五预型件的节点部向下定向，其中，所述第五预型件的第三腿部元件在所述第四预型件的第二腿部元件的内侧与所述第四预型件的第二腿部元件邻接并且基本上重叠；以及

第六预型件，所述第六预型件包括第一腿部元件、第二腿部元件和第三腿部元件，所述第六预型件的第一腿部元件从所述第六预型件的节点部向上定向，所述第六预型件的第二腿部元件在所述第六预型件的第一腿部元件的一侧从所述第六预型件的节点部向下定向，所述第六预型件的第三腿部元件在所述第六预型件的第一腿部元件的相反侧从所述第六预型件的节点部向上定向，所述第六预型件的第二腿部元件在所述第五预型件的第一腿部元件的外侧与所述第五预型件的第一腿部元件邻接并且基本上重叠，并且所述第六预型件的第三腿部元件在所述第一预型件的第二腿部元件的内侧与所述第一预型件的第二腿部元件邻接并且基本上重叠，

其中，来自所述预型件中的每个预型件的节点部中的每个节点部的内侧腿部形成所述六边形单元。

7.根据权利要求6所述的编织的预型件结构，包括：

多个额外预型件，所述多个额外预型件包括将形成额外的六边形单元的预型件的腿部元件重叠和邻接成格状结构。

8.根据权利要求6所述的编织的预型件结构，其中，所述腿部元件中的至少一些腿部元件具有沿着所述至少一些腿部元件而变化的腿部厚度。

9.根据权利要求8所述的编织的预型件结构，其中，所述腿部元件中的至少一些腿部元件具有均匀变化的腿部厚度。

10.根据权利要求6所述的编织的预型件结构，其中，所述腿部元件中的至少一些腿部元件具有沿着所述至少一些腿部元件的相同的厚度。

11.根据权利要求6所述的编织的预型件结构，其中，当所述结构硬化成复合结构时，至少两个腿部元件形成单搭接剪切结合部。

12.根据权利要求6所述的编织的预型件结构，其中，所述腿部元件中的至少一些腿部元件的长度基本上相同，使得重叠腿部基本上共同延伸。

13.根据权利要求6所述的编织的预型件结构，其中，所述腿部元件中的至少一些腿部元件的长度不相同。

14.根据权利要求6所述的编织的预型件结构，其中，所述腿部元件中的至少一些腿部元件的深度不同。