CN110194272A - 动能吸收性复合制品和吸收方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及动能吸收性复合制品和吸收方法，并公开了一种动能吸收性复合制品，其包括第一板层和包含在第一板层中的多个固有笔直第一纤维。第一纤维的第一长度部分布置有第一局部波纹，该第一局部波纹偏离并返回到相应的第一长度部分的各自的第一路线。该制品包括平行于第一板层的第二板层、包含在第一板层或第二板层中的多个固有笔直第二纤维，以及至少部分地包封第一板层和第二板层的基质材料。第二纤维的第二长度部分布置成没有局部波纹，或者布置有第二局部波纹，该第二局部波纹偏离相应的第二长度部分的各自的第二路线至小于第一局部波纹的程度并返回到各自的第二路线。第二路线基本平行于第一路线。

Description

动能吸收性复合制品和吸收方法

背景技术

飞机、航天器和其他结构可能受到各种外来物体的撞击。示例包括碎片(诸如轮胎胎面、岩石等)、冰雹、微陨石等。结构的破坏会严重损坏内部部件并影响结构完整性，甚至导致飞机、航天器和其他交通工具结构的灾难性损失。

携带燃料的飞机、航天器和其他交通工具结构可能在地面撞击期间遭受燃料容器的破坏。在这种事件期间，为抵抗燃料容器的破坏的目标，存在各种自密封燃料囊和撞击容器结构。以这些目标设计的已知燃料囊和容器结构通常由织物或单向纤维制成。然而，期望存在减少燃料囊和容器结构的质量，同时仍然提供相同的抗破坏性或增加抗破坏性。

因此，应当理解，减少结构破坏的更有效的材料对于受到外来物体撞击的飞机、航天器和其他交通工具结构将是有益的。更有效的材料表现出更高的强度比(强度/密度)，有时称为强度-重量比。类似地，更有效的抗破坏燃料囊和容器结构将是有益的。与已知的结构材料相比，具有更高效的材料用更小质量的结构材料保持或增加抗破坏性。

发明内容

一种动能吸收性复合制品包括第一板层和包含在第一板层中的多个固有笔直第一纤维。各个第一纤维具有沿各个第一纤维的第一长度部分基本恒定的横截面形状。第一长度部分沿第一板层内的基本平行的第一路线对齐。第一长度部分在第一长度部分中也布置有第一局部波纹，该第一局部波纹偏离并返回到相应的第一长度部分的各个第一路线。该制品包括平行于第一板层的第二板层、包含在第一板层或第二板层中的多个固有笔直第二纤维，以及至少部分地包封第一板层和第二板层的基质材料。各个第二纤维具有沿各个第二纤维的第二长度部分基本恒定的横截面形状。第二长度部分沿相应的第一板层或第二板层内的基本平行的第二路线对齐。第二长度部分在第二长度部分中布置成没有局部波纹或者在第二长度部分中布置有第二局部波纹，该第二局部波纹偏离相应的第二长度部分的各个第二路线(程度小于第一局部波纹)并返回到各个第二路线。第二路线与第一路线基本平行。

一种动能吸收性复合制品包括第一板层和包含在第一板层中的多个固有笔直第一纤维。各个第一纤维具有沿各个第一纤维的第一长度部分基本恒定的横截面形状。第一纤维的第一长度部分沿第一板层内的基本平行的第一路线对齐。第一长度部分还相对于相应的第一长度部分的各个第一路线布置有第一模式。该制品包括平行于第一板层的第二板层、包含在第一板层或第二板层中的多个固有笔直第二纤维，以及至少部分地包封第一板层和第二板层的基质材料。各个第二纤维具有沿各个第二纤维的第二长度部分基本恒定的横截面形状。第二长度部分沿相应的第一板层或第二板层内的基本平行的第二路线对齐。第二长度部分以不同于第一模式的方式相对于相应的第二长度部分的各个第二路线布置有第二模式。第二路线与第一路线基本平行。该制品还包括当复合制品从动能接收足够的力时渐进加载第一纤维和第二纤维的装置。

一种动能吸收方法提供复合制品，该复合制品包括第一板层、包含在第一板层中的多个固有笔直第一纤维、平行于第一板层的第二板层、包含在第一板层或第二板层中的多个固有笔直第二纤维，以及至少部分地包封第一板层和第二板层的基质材料。各个第一纤维具有第一长度部分，从而提供沿第一板层内的基本平行的第一路线对齐的多个第一长度部分。多个第一长度部分在第一长度部分中布置有第一局部波纹，该第一局部波纹偏离并返回到相应的第一长度部分的各个第一路线。

各个第二纤维具有第二长度部分，从而提供沿相应的第一板层或第二板层内的基本平行的第二路线对齐的多个第二长度部分。多个第二长度部分在第二长度部分中布置成没有局部波纹，或者在第二长度部分中布置有第二局部波纹，该第二局部波纹偏离相应的第二长度部分的各个第二路线(程度小于第一局部波纹)并返回到各个第二路线。第二路线与第一路线基本平行。

该方法包括当第一板层和第二板层从动能接收足够的力时，通过以下方式渐进加载第一纤维和第二纤维：

不可逆地剪切基质材料或破坏基质材料对各个第二纤维的至少一部分的粘附性，同时伴随使第二纤维塑性变形或导致第二纤维的失效；以及

不可逆地剪切基质材料或破坏基质材料对第一局部波纹的至少一部分的粘附性，同时伴随拉平第一局部波纹的至少一部分而不使第一纤维失效。

已经描述的特征、功能和优点可以在各种实施例中独立地实施，或者可以在其他实施例中组合，其进一步的细节可以通过参考以下描述和附图看出。

附图说明

下面参考以下附图描述一些实施例。

图1示出了燃料囊及其与地面撞击的侧视图。

图2示出了施加纤维应力之前和之后的板层中的纤维的图示。

图3示出了施加纤维应力之前和之后的板层中的波纹纤维的图示。

图4是图2和图3中的纤维撞击后的假设纤维应力的图表。

图5是撞击一系列板层的物体的侧视图。

图6是包含波纹纤维的一系列板层的侧视图。

图7是撞击具有波纹纤维的一系列板层的物体的侧视图。

图8至图11是具有波纹纤维的各种单个板层的俯视图。

图12至图15是包含波纹纤维的各种系列板层的侧视图。

图16是具有波纹纤维的球形物体的透视图，其中波纹纤维沿其表面对齐。

图17A、图17B和图17C是撞击一系列板层的物体的顺序侧视图。

具体实施方式

在地面撞击事件期间，燃料囊中的液体燃料产生流体动力学夯(hydrodynamicram)，该流体动力学夯可以导致纤维经受非常尖锐的冲击加载，可以导致囊壁失效。已知的囊被设计得非常坚固以克服失效，但坚固设计的囊壁很重。图1示出了燃料囊10a落到地面并且在撞击时变形成受撞击的燃料囊10b。受撞击的燃料囊10b中的壁的变形示出了纤维经受由所包含的燃料导致的流体动力学夯的冲击加载的一个示例。可以提供围绕燃料囊的撞击容器结构，并且类似地将其设计得非常坚固，以满足撞击的性能标准。坚固的设计可以包括非常坚硬的材料，诸如KEVLAR或其他合成纤维，并且在坚固设计的同时也可能很重。

本文描述的方法和装置允许渐进纤维加载和选择性纤维失效，以作为用于吸收由于地面撞击而由冲击施加的动能的机构。因此，可以减小各个纤维上的峰值载荷，从而允许更有效地设计结构壁并且在保持性能的同时产生更轻的结构。相同的概念许可设计受到外来物体撞击的结构，使得物体的动能可以被吸收并且各个纤维上的峰值载荷被减小。

纤维中的波纹构成了一个设计特征，以辅助实现这些目标。本文描述了其他辅助设计特征。通过使纤维中的至少一些不直，在板层内的纤维中的弯曲可以在撞击事件期间拉平，许可纤维在达到其失效应变之前改变位置。结果，复合物的目标分层和一些纤维的选择性剪切允许动能吸收而没有破坏。

图2示出了在没有施加纤维应力时从动能冲击加载之前的纤维20a，并且对应于图4中的笔直纤维的初始状态。图2还示出了当纤维应力达到60个任意的应力单位并且发生失效时，在5个任意的时间单位之后的加载的纤维20b。图4示出了5个时间单位内纤维应力的假设上升，然后失效。

相比之下，图3示出了与纤维20a相同的纤维，并在没有施加纤维应力时在加载之前布置为波纹纤维30a，并且对应于图4中的波纹纤维的初始状态。在5个时间单位之后，示出了加载的波纹纤维30b，其中一些波纹被拉平。也就是说，波纹被稍微平整或平滑，具有减小的振幅和/或增加的周期。“振幅”是指波纹中的峰和相邻谷之间的以距离为单位的高度变化，类似于电振荡的峰-峰振幅。“周期”是指以每个循环的距离为单位的波纹的单个周期延伸的空间距离，类似于电振荡的周期。虽然在5个时间单位之后在加载的波纹纤维30b中存在大约9个应力单位，但是与图2中的加载的纤维20b在5个时间单位之后的纤维应力相比，该纤维应力小得多。加载继续增加，并且在15个时间单位之后，进一步加载的波纹纤维30c示出波纹进一步拉平、振幅进一步减小，并且随着波纹更平整或平滑，周期进一步增加。在图4中，纤维应力在15个时间单位处减小，其中在约14个时间单位处达到峰值应力，但不足以使纤维失效。

当包含液体的燃料囊撞击地面时，如图1所示，可以实现图2和图3中的纤维的加载。液体推动囊的侧壁，在囊的底部导致向外的压力。在相对较硬的囊中，囊的底部处的向外的压力迅速上升并且可以由于高机械载荷导致囊失效。为了减轻这种情况下的失效，在变形期间使用波纹纤维可以在囊壁内吸收向外的压力的动能，诸如图3中所示。向外的压力拉平波纹纤维30a中的波纹，波纹纤维30a中的波纹吸收该过程中的动能。这并不是说纤维在加载之后必然弹性地缩回。实际上，包含波纹纤维30a的燃料囊可以在地面撞击事件期间塑性变形，但仍然减少了包含燃料的纤维的失效。

类似的原理适用于减轻撞击结构的物体的后果。图5示出了布置在一系列板层中的纤维50，其中x方向表示沿纤维长度的横向尺寸，z方向表示穿过组合板层的厚度的竖直尺寸。图5示出了每个板层中的一根纤维的侧视图。物体52沿穿过厚度方向或竖直尺寸撞击纤维50。图5示出了多个纤维50在物体52的撞击期间失效并且在物体52行进到厚度时被物体52的头部剪切。

纤维50的剪切吸收物体52的一些动能，并有助于避免物体52使结构破坏。即使如此，与本文所述的方法和装置相比，避免破坏需要更大质量的纤维和基质。已知的抗损坏结构主要使用复合材料与单一类型的纤维以简单交叉铺层的形式制成。这些铺层可以通过类似于本文所述的机构来阻止物体，但不能控制不同机构的范围和方位。本文的方法和装置提供了一种在特定方位处导致分层和剪切失效以及影响变形形状的方式，因为抗损坏结构减慢了撞击物体的速度。通过导致变形和剪切失效发生在期望的方位处和期望的模式中，与没有这些特征的已知结构相比，该结构可以更有效并且因此更轻。

图6示出了布置在一系列板层中的波纹纤维60a。同样，x方向表示沿纤维60a的长度的横向尺寸，z方向表示穿过组合板层的厚度的竖直尺寸。纤维60a沿基本平行的路线对齐，其中一条这样的路线的方位由箭头64标识。纤维60a的平行路线的存在与堆叠板层一致以形成组合板层。与波纹纤维60a正交的交叉板层可以用于本文的方法和装置中，但是为了简单起见未示出。此外，本文的方法和装置可以包括其他角度的板层，诸如10°、30°、45°、60°等，但是为了简单起见也未示出。例如，可以包括一个或多个10°纤维的板层。在另一种方法或装置中，可以包括一个或多个30°纤维的板层。在又一种方法或装置中，可以包括一个或多个60°纤维的板层。纤维60a偏离并返回到各个路线，产生所示的波纹形式。这些路线在每个板层中以相同的方向延伸，表示纤维的基本平行的路线。从本文的讨论中可以理解，基本平行的路线可以微量允许偏离完全平行的路线，同时仍然提供本文所述的方法和装置的益处。

图3示出了在与地面撞击期间在燃料囊底部施加向外压力(见图1)时，波纹可以如何从波纹纤维中拉平。图7示出了更集中的撞击，诸如当物体52撞击纤维60a时。是加载的波纹纤维60b而不是如图5中所示的剪切吸收物体52的动能。当物体52撞击波纹纤维60a中的第一个时，纤维的波纹开始拉平，随着物体52进入厚度并接触第二纤维、第三纤维和相继纤维，渐进拉平每个波纹纤维的波纹。

在图7的假设中，物体52撞击五个板层的纤维而不剪切任何波纹纤维60a。波纹允许纤维60b随着其渐进加载从其原始位置移位而不会失效。与图5中的依次涉及纤维相比，图7中的撞击事件同时涉及更多的纤维。因此，与纤维50相比，纤维60b吸收更多的能量。纤维50不能从其原始位置移位，并且因此，当物体52撞击连续的纤维时快速加载并快速失效且局部失效。

波纹纤维60a(以及图3中的波纹纤维30a)示为具有正弦路径，这意味着当波纹偏离并返回到纤维的各个路线时波纹所遵循的路径。但是，波纹可以还有其他选择。例如，波纹不必是正弦的。此外，波纹不需要周期性地偏离，即，以规则的间隔或以任何一致的模式偏离。波纹可以以不同于图3和图6中的正弦路径的方式偏离，同时仍然许可波纹在撞击事件期间拉平并吸收动能，无论是受物体撞击还是撞击地面。其中，除图中所示的那些之外的合适示例包括螺旋或扁平螺旋。

在相关的说明中，纤维60a示为在z方向上或表示组合板层的厚度的竖直尺寸上偏离。如果包括纤维60a的板层是平面的，则应当理解，对于由每个板层限定的平面，纤维60a向外偏离平面。即便如此，当对于由特定板层限定的平面，纤维在平面内偏离时，也可以实现吸收动能的类似效果。下面描述用于纤维偏离的各种配置。

可以认为图7示出物体52在其行进穿过包含波纹纤维60b的组合板层的厚度中停止。相反，图7可以被认为是示出物体52在沿其路径的点处连续穿过厚度。可以想到，物体52可以撞击每个纤维60b并连续通过组合板层的厚度边界而不会导致结构失效。当物体52连续穿过厚度并且接合图7中所示的所有七个板层时，可以出现这种情况。物体52可以连续拉平纤维60b的波纹，最终在所有七个纤维完整的情况下停止，但是波纹被拉平到物体52的位置延伸穿过第七纤维的程度。

任何数量的板层都可以出现相同的情况，使得物体撞击组合板层的整个厚度。在这种撞击事件中，结构的背层最终可以与前层一起变形，这取决于组合板层的厚度，而撞击事件通过同时拉平所有层的波纹而连续。因此，根据物体在撞击之后穿过板层的距离波纹纤维在调整能量耗散方面构成一个考虑因素。这允许控制用于停止物体的力与距离。

可以使用各种方法和装置形成波纹。一个示例包括卷曲设备，诸如具有嵌齿的卷曲设备，其在嵌齿转动时卷曲纤维并且纤维或板层通过卷曲设备供给。这种波纹可以在平面内形成或在平面外形成。而且，可以使用一组杆或一组夹杆在板层中沿相反方向推动纤维的交替部分。每个部分可以是波纹的周期的一半。这种波纹可以在平面内最有效地制成。

除了波纹之外，还存在若干设计考虑因素，其可以辅助于控制动能吸收，适应各种预期类型的撞击事件。一种这样的设计考虑因素涉及选择具有不同性能的纤维，诸如失效应变、模量、强度等。这些性能可以是温度依赖性的和/或可以在撞击事件期间在结构变形时随时间变化的。很大程度上，纤维成分决定了失效应变和其他机械性能，但纤维制造方法也可以起作用。对于已知纤维，这些性能通常是明确定义的，并且可以选择实现特定设计目标的最适当的已知纤维。

可以想象，相同化学成分的纤维可以表现出不同的机械性能。因此，即使纤维成分相同，本文对不同成分的纤维的任何参考可以推广到具有不同机械性能(诸如失效应变)的参考纤维。

在本文档的上下文中，失效应变是材料失效时的工程(即标称)应变。而且，“粘附性”是指描述表面彼此附着的趋势的广泛已知的性能。另外，“延展性”是指其中材料在失效之前塑性变形的广泛已知的性能，与脆性材料形成对比。在一些系统中，延展性可以量化为失效时的伸长率。进一步地，“强度”是指材料在承受施加的应力的同时避免失效的能力。在一些系统中，强度可以量化为极限抗拉强度，意味着应力-应变曲线的最大工程(即标称)应力。更进一步地，“模量”(即“弹性模量”)描述材料抵抗弹性变形的能力。在一些系统中，模量可以量化为弹性区域中的应力-应变曲线的斜率。失效应变、粘附性、延展性、强度和模量可通过本领域普通技术人员已知的各种技术测量。

图8至图15示出了各种配置，每种配置包括两种类型的纤维。实线(诸如第一纤维80)表示第一种类型的纤维，而虚线(诸如第二纤维82)表示第二类型的纤维。第一纤维80具有共同的材料成分，并且第二纤维82具有共同的材料成分，第二纤维的材料成分与第一纤维的材料成分不同。同样地，在图9至图15中，实线指示具有共同的第一成分的第一纤维，而虚线指示具有共同的第二成分的第二纤维。已知纤维材料的示例包括尼龙、聚乙烯、芳族聚酰胺(例如KEVLAR)、POM(聚甲醛，例如DELRIN)、PTFE(聚四氟乙烯，例如TEFLON)、PEEK(聚醚醚酮)、聚酯(诸如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)和其他材料)、PP(聚丙烯)和PVA(聚乙烯醇)。其他材料也是已知的。虽然图8至图15示出两种类型的纤维，但是应当理解，可以使用两种以上类型的纤维来实现与本文所述的设计考虑因素相一致的益处。

图8示出了波纹第一纤维80和波纹第二纤维82的俯视图，其中x方向指示沿纤维的长度的横向尺寸，而y方向指示横跨板层88中组合纤维的宽度的横向尺寸。第一纤维80沿板层88内的基本平行的第一路线84对齐。波纹偏离并返回到相应的第一纤维80的各个第一路线84。第二纤维82沿板层88内的基本平行的第二路线86对齐。波纹偏离并返回到相应的第二纤维82的各个第二路线86。第一路线84基本平行于第二路线86。纤维80和纤维82偏离相同的程度，例如图8示出了正弦路径的振幅和周期对于纤维80和纤维82是相同的。如上所述，其他类型的周期性或非周期性偏离可以用于本文的方法和装置。

图12类似于图8，其中第一纤维120具有共同的第一成分，第二纤维122具有与第一成分不同的共同的第二成分。而且，第一板层128中的纤维120沿第一板层128中的第一路线124对齐。第二板层129中的纤维122沿第二板层129中的第二路线126对齐。纤维120和纤维122中的波纹偏离它们相应的路线至相同的程度。虽然图12中的x方向表示沿纤维长度的横向尺寸，但图12与图8的不同之处在于，z方向表示穿过包括纤维120和纤维122的组合板层的厚度的竖直尺寸。图12示出了七个这样的板层。如果图8中的板层88是平面的，则纤维80和纤维82中的波纹将被认为是在平面内偏离。如果图12中的板层128和板层129是平面的，则纤维120和纤维122中的波纹将被认为在平面外偏离。

选择纤维是在平面内偏离还是在平面外偏离主要涉及两个考虑因素。首先，预期平面内偏离将更易于制造，即，在生产上具有较小的技术性挑战。其次，可以存在具有平面外偏离的板层之间的纤维相互作用的机会。如果波纹从板层在平面外偏离，则相邻板层的波纹可以相互作用以通过板层之间的增加的摩擦或其他力来增加能量吸收。

描述图8和图12中的波纹的取向的另一种方式涉及由纤维路线限定的几何表面作为一般情况，而不管板层是平面的还是弯曲的。在图8中，偏离并返回到第一路线84的波纹与由板层88内的第一路线84限定的几何表面共同延伸。在图8中，板层88可以是平面的，使得可以说波纹在平面内偏离。然而，如果板层88不是平面的，则仍然可以说波纹与由板层88内的第一路线84限定的几何表面共同延伸。类似地，第二纤维82中偏离并返回到第二路线86的波纹与由板层88中的第二路线86限定的几何表面共同延伸。

图8中所示的波纹第二纤维82在具有板层88和第一纤维80的第一路线84的平面内偏离。即，路线84和路线86是共平面的且平行的。在板层88不是平面的情况下，第二纤维82的波纹将与由第一纤维80的第一路线84限定的几何表面共同延伸。在这种情况下，可以说路线86也限定了板层88的几何表面。因此，第一路线84和第二路线86都限定了几何表面。从以下关于图16的描述可以进一步理解该概念。

图9示出了板层98中波纹第一纤维90和波纹第二纤维92的俯视图。纤维90和纤维92的波纹在图9中不明显，因为它们在平面外偏离。图9中的x方向对应于沿纤维长度的横向尺寸，并且y方向对应于横跨板层98中的组合纤维的宽度的横向尺寸。波纹第一纤维90具有共同的第一成分并且波纹第二纤维92具有与第一成分不同的共同的第二成分。也就是说，除了在平面外偏离，图9中的纤维和板层与图8中的纤维和板层相同。

实际上，仅仅将图8的纤维80和纤维82中的波纹围绕对应于路线84和路线86的轴线旋转90°使得波纹在平面外偏离，产生图9中所示的俯视图。图9未示出纤维90和纤维92的第一路线或第二路线，因为它们叠加在纤维本身上方并且不能与纤维本身区分开。尽管如此，这种路线存在并且在位置上与图8中的路线84和路线86相同。

当板层98是平面时，适用于在平面外偏离的概念。平面板层和弯曲板层的一般情况将表明纤维90和纤维92的波纹偏离并返回到它们相应的路线，并且不完全与由板层98内的纤维90的路线限定的几何表面共同延伸。换句话说，波纹从这样的几何表面向外延伸。图9中的波纹垂直于板层98延伸。然而，波纹可以以不同的角度延伸，诸如10°、30°、45°、60°等，并且仍然被认为不完全与由纤维90的路线限定的几何表面共同延伸。

图10和图11示出了与图8中的那些板层相比的板层的进一步改进，其中第二纤维不包括波纹或包括偏离较小程度的波纹。图10是板层108的俯视图，其中x方向对应于沿纤维长度的横向尺寸，并且y方向对应于横跨板层108中的组合纤维的宽度的横向尺寸。波纹纤维100具有共同的第一成分，并且波纹第二纤维102具有与第一成分不同的共同的第二成分。纤维100沿基本平行的第一路线104对齐，并且纤维102沿基本平行的第二路线106对齐。第一路线104平行于第二路线106。除了具有不同的成分外，纤维102中的波纹偏离的程度小于纤维100中的波纹。具体地，纤维102的周期是纤维100的两倍。对于纤维102的波纹中的每个循环，纤维100的波纹中存在两个循环。纤维100的波纹与由板层108内的第一路线104限定的几何表面共同延伸。第二纤维102的波纹也与该几何表面共同延伸。当板层108是平面时，可以说纤维100和纤维102在平面内偏离。

图11示出了波纹第一纤维110和第二纤维112的俯视图，其中第二纤维112没有波纹并包括在板层118中。第一纤维110中的波纹偏离并返回到基本平行的第一路线114。第二纤维112不偏离纤维路线，而是叠加在其上，因为纤维112中没有波纹。纤维112的路线因此未在图11中示出，因为纤维112的路线不能与纤维112区分开。第一路线114和第二纤维112基本平行。x方向对应于沿纤维长度的横向尺寸，并且y方向对应于横跨板层118中组合纤维的宽度的横向尺寸。纤维110的波纹与由板层118内的第一路线114限定的几何表面共同延伸。

图10和图11用于解释“路径长度”的概念。沿纤维在其偏离中行进的路径测量纤维100、102、110和112的路径长度。虽然所有的纤维都具有指定纤维行进方向的“路线”，但纤维“路径”对应于纤维本身在其与纤维路线的偏离中的特定位置。因此，应当理解，在图10和图11中显示的纤维端部之间，纤维100和纤维110具有最长的路径长度，纤维102具有第二长的路径长度，并且纤维112具有最短的路径长度(没有偏离)。

因此，纤维100/110、102和112具备在撞击事件期间吸收动能的不同能力。纤维112可以仅吸收足以使纤维112塑性变形和失效的一定量的动能。塑性变形的程度因纤维材料的类型而异。脆性纤维在很小的变形或没有变形后失效，并且较韧性的纤维在塑性拉伸后失效。纤维102可以吸收足以拉平波纹、塑性变形和使纤维102失效的一定量的动能。与纤维102和纤维112相比，纤维100/110可吸收更大量的动能，足以拉平具有最长路径长度的纤维100/110的波纹、使这种纤维塑性变形并且失效。拉平波纹、使纤维塑性变形以及使纤维失效的每个阶段吸收一定量的动能。因此，可以改变纤维偏离的路径长度(以及纤维失效应变)以适应不同水平的动能吸收。

可以通过选择波纹的振幅和周期来选择路径长度。对于给定的振幅，增加波纹的周期(每个循环的距离)将减小路径长度。对于给定的周期，减小波纹的振幅(高度变化)将减小路径长度。一根纤维可以由于波纹的振幅较小、波纹的周期较长或两者而使其偏离其路线的程度小于另一纤维偏离其路线的程度。换句话说，较小的偏离导致较短的路径长度。

图10和图11结合了纤维之间不同成分的设计考虑因素以及具有不同路径长度的波纹的设计考虑因素。然而，应当理解，相同成分的纤维可用于图10和图11中，使得仅解决了具有不同路径长度的波纹的设计考虑。

图12至图15分别对应于图8至图11，但是七个板层示出为x方向对应于沿纤维长度的横向尺寸，并且z方向对应于穿过组合板层的厚度的竖直尺寸。图12至图15是板层的组合的侧视图，在侧视图中每个板层中的仅一根纤维是可感知的。

图12示出了第一板层128中的第一纤维120和第二板层129中的第二纤维122的侧视图。第一纤维120中的波纹偏离并返回到第一板层128内的第一路线124。第二纤维122中的波纹偏离并返回在第二板层129内第二路线126。第一路线124和第二路线126基本平行。应当理解，当第一板层128是平面时，第一纤维120中的波纹偏离是平面外的。第二纤维122中的波纹也是平面外的。对于一般情况，波纹不完全与由第一路线124结合第一板层128内的另外的第一纤维120(未示出)的附加第一路线124(未示出)结合限定的几何表面共同延伸，但是从图12中不明显。第二纤维122中的波纹也是不完全共同延伸的。尽管图12仅示出每个板层中的一根纤维，但应当理解，板层包括另外的纤维。第一板层128中的第一纤维120具有共同的第一成分，并且第二板层129中的第二纤维122具有与第一成分不同的共同的第二成分。

除了纤维120和纤维122的取向之外，图13在所有方面类似于图12。将波纹纤维120和波纹纤维122围绕它们相应的路线旋转90°产生波纹纤维130和波纹纤维132，波纹纤维130和波纹纤维132在具有相应的板层138和板层139(当其为平面时)的平面内偏离。纤维130和纤维132的波纹在图13中不明显，因为它们在平面内偏离。一般情况也适用于描述波纹取向，但图13未示出纤维130和纤维132的第一路线或第二路线，因为它们叠加在纤维本身上并且不能与纤维本身区分开。尽管图13仅示出了每个板层中的一根纤维，但应当理解，板层包括另外的纤维。第一板层138中的波纹第一纤维130具有共同的第一成分，并且第二板层139中的波纹第二纤维132具有与第一成分不同的共同的第二成分。

图14和图15示出了与图12中的那些板层相比的板层的进一步改进，其中第二纤维不包括波纹或包括偏离较小程度的波纹。图14示出了第一板层148中的第一纤维140和第二板层149中的第二纤维142的侧视图。第一纤维140中的波纹偏离并返回到第一板层148内的第一路线144。第二纤维142中的波纹偏离并返回到第二板层149内的第二路线146。第一路线144和第二路线146基本平行。波纹取向如图12所示近似地描述。尽管图14仅示出了每个板层中的一根纤维，但应当理解，板层包括另外的纤维。第一板层148中的第一纤维140具有共同的第一成分，并且第二板层149中的第二纤维142具有与第一成分不同的共同的第二成分。除了具有不同的成分之外，纤维140中的波纹偏离的程度小于纤维142中的波纹。具体地，纤维142的周期是纤维140的两倍。对于纤维102的波纹中的每个周期，纤维100的波纹存在两个周期。

图15示出了第一板层158中的波纹第一纤维150和第二板层159中的第二纤维152的侧视图。第一纤维150中的波纹偏离并返回到第一板层158内的第一路线154。因为纤维152中没有波纹，所以第二纤维152未偏离纤维路线，而是叠加在其上。因为纤维152的路线不能与纤维152区分开，因此纤维152的路线未在图15中示出。第一路线154与第二纤维152基本平行。波纹取向如图12所示近似地描述。尽管图15仅示出了每个板层中的一根纤维，但应当理解，板层包括另外的纤维。第一板层158中的第一纤维150具有共同的第一成分，并且第二板层159中的第二纤维152具有与第一成分不同的共同的第二成分。

图14和图15结合了纤维之间不同成分的设计考虑因素以及具有不同路径长度的波纹的设计考虑因素。然而，应当理解，相同成分的纤维可以用于图14和图15中使得仅解决了具有不同路径长度的波纹的设计考虑因素。

图16是球形物体的透视图，其中图8的纤维80和纤维82沿球体上的纬线(line oflatitude)对齐。图16示出了纤维80和纤维82具有不同的成分，正如图8所示。另外，图16示出了纤维80和纤维82具有与图8中相同的振幅和周期。形成球形物体的表面的板层168内的路线84和路线86限定了几何表面，如图8所示。虽然图8中的板层88是平面的，但是图16中的板层168是弯曲的。即便如此，纤维80的波纹也与由第一路线84限定的几何表面共同延伸。纤维86的波纹也与几何表面共同延伸。根据本文描述应当理解，图9的板层98中的纤维90和纤维92也可以用在图16的那样的球形物体中。在这种情况下，纤维90和纤维92的波纹将不会完全与由板层98内的纤维90的路线限定的几何表面共同延伸。相反地，波纹将从几何表面向外偏离。

图3、图6以及图8至图15的配置并入各种设计考虑因素，包括选择纤维路径长度(如使用波纹实施的)以及选择机械性能(如使用不同的纤维成分(和/或纤维形状或制造方法)实施的)。进一步的设计考虑因素包括纤维和基质之间的粘附性程度，如使用纤维和基质成分的不同组合实施的。在图3和图7的示例中，如果包封纤维以形成复合材料的基质太强地粘附到纤维，那么波纹不能在没有失效的情况下拉平。然后，不会发生通过拉平波纹而提供动能吸收。因此，可以选择粘附性的程度，使得在撞击事件期间至少拉平波纹，从而在失效之前吸收动能。

很大程度上，基质成分决定了对给定类型纤维材料的粘附性和其他机械性能，但是基质制造方法(诸如固化过程)也可以起作用。对于已知的基质材料，这些性能通常是明确定义的，并且可以选择实现特定设计目标的最适合的已知材料。可以想象，相同化学成分的基质材料可以表现出不同的机械性能。因此，本文对不同成分的基质材料的任何参考可以推广到不同机械性能(诸如纤维粘附性)的参考材料，即使基质成分相同。已知的基质材料的示例包括热塑性塑料(包括热塑性聚氨酯)、热固性塑料(包括聚酯、环氧树脂)和橡胶类材料(轻度交联，如氯丁橡胶)、硅氧烷等。其它基质材料也是已知的。

由成分决定的基质的延展性也影响纤维的波纹拉平的方式。在延性基质中，基质可在撞击期间拉伸，同时纤维的波纹拉平，然后断开纤维与基质的粘附性。可以想象，拉平波纹并通过拉伸使基质塑性变形可以足以吸收一定量的动能而不破坏纤维与基质的粘附性。

由成分决定的基质的强度也影响纤维的波纹拉平的方式。基质可以在撞击期间剪切，同时纤维的波纹拉平，而基质的一部分保持粘附到纤维，而不是破坏与纤维的粘附性。然后可理解的是，拉平波纹并通过剪切使基质塑性变形可以足以在不破坏纤维与基质的粘附性的情况下吸收一定量的动能。即便如此，纤维的一些部分可以破坏与基质的粘附性，而其它部分仍然粘附到剪切的基质部分，而波纹尽管如此仍然被拉平。

由于粘附性随纤维成分和基质成分的不同组合而变化，因此粘附性程度可以用作第三设计考虑因素。只要纤维没有失效，有更大的粘附性，就可以吸收更多的动能。因此可以获得各种各样的渐进纤维加载模式。在撞击事件期间应用于复合材料的载荷可以分布在多个动能吸收机构上而不会破坏复合材料。三种可能的机构包括：(1)在拉伸和/或剪切基质期间、在破坏与基质的粘附性期间或两者期间拉平纤维波纹；(2)在纤维失效之前破坏纤维与基质的粘附性或剪切基质；以及(3)在其他纤维失效之前选择具有足够低的失效应变的纤维的子集失效。

第四设计考虑因素包括选择复合材料的横向和/或厚度区域以实施其他三个设计考虑因素。也就是说，三个设计考虑因素的实施方式可以有利地在整个复合制品中不均匀地施加，无论是在板层内、板层与板层之间，还是在横向和/或厚度区域之间。纤维的一些部分可以起波纹，而纤维的其他部分起波纹较少或不起波纹，具有不同机械性能的纤维可以用于选定的横向和/或厚度区域，并且基体粘附性、延展性和强度可以在所选择的横向和/或厚度区域中变化。例如，当纤维的一个长度部分起波纹到指定的程度时，同一纤维的另一个长度部分可以起波纹到较小的程度。波纹、机械性能和基质粘附性、延展性和强度可以在理想模式中指定。波纹、机械性能和基质粘附性、延展性和强度可以在所有三个考虑因素或少于三个考虑因素的理想组合中指定。因此，可以根据复合制品中的方位来控制能量吸收。

与上述第三种机构一致，纤维失效允许在拉平波纹之后吸收超出塑性变形的另外的动能。依照上面的第四设计考虑因素，根据方位控制能量吸收的一种实施方式涉及改变失效应变、机械性能、厚度区域中的板层至板层(ply-to-ply)。首先受到物体撞击的纤维可以具有较低的失效应变，使得它们的失效吸收另外的动能，而受到第二次撞击的纤维避免失效并具有较高的失效应变。该实施方式可以包括在本文所述的方法和装置中，使得首先受到撞击的纤维、第二次受到撞击的纤维或两者包括用于进一步动能吸收的纤维波纹。

在类似的实施方式中，首先受到撞击的具有较高失效应变的纤维的波纹可以拉平，而第二次受到撞击的具有较低的失效应变的纤维失效以吸收另外的动能并且避免首先受到撞击的纤维失效。该实施方式可以包括在本文所述的方法和装置中，使得首先受到撞击的纤维的纤维波纹吸收另外的动能，而第二次受到撞击的纤维可以包括波纹或可以不包括波纹。

在相关的实施方式中，可以使用两个以上的失效应变来提供随物体撞击连续板层中的纤维而增大或减小的失效应变的梯度。可以想到使用波纹或不使用波纹以及使用两个失效应变或使用两个以上失效应变的其他变化以实现根据方位控制能量吸收的设计考虑因素。这些实施方式可以包括在本文描述的方法和装置中。

复合制品的行为可以在三个一般类别中描述。首先，物体的撞击不导致塑性变形，其中动能通过结构的强度和弹性吸收。其次，物体撞击产生塑性变形，但不会破坏结构。再次，物体撞击产生塑性变形和破坏两者。本文的方法和装置适用于后两个类别。本文存在关于避免渐进纤维加载进行破坏的重要解释。然而，虽然依照本文的方法和装置渐进加载动能，但当加载超过材料的强度时依然存在破坏的可能性。

因此，图17A、图17B和图17C解释了可以与本文描述的其他方法和装置结合使用的另外的措施。在图17A中，复合物170包括即将被物体172撞击的板层174a/174b，板层174a/174b可以是各个板层或板层组。复合物170包括通过设计边界176与背面板层174b分开指定的前面板层174a。粘附性降低的区域可以存在于设计边界176处，或者前面板层174a和背面板层174b可以不同地执行，或两者兼具。图17B示出了物体172撞击前面板层174a并行进穿过前面板层174a。在图17B中，可以使用本文描述的用于渐进加载来自物体172的动能的方法和装置。例如，板层174a、板层174b或两者可以包括波纹纤维。

波纹纤维可以作为多个固有笔直第一纤维提供在第一板层中。各个第一纤维具有沿各个第一纤维的第一长度部分基本恒定的横截面形状。第一长度部分沿第一板层内的基本平行的第一路线对齐。第一长度部分在第一长度部分中也布置有第一局部波纹，该第一局部波纹偏离并返回到相应的第一长度部分的各自的第一路线。板层174a、板层174b或两者可以包括平行于第一板层的第二板层、包含在第一板层中或第二板层中的多个固有笔直第二纤维，以及至少部分地包封第一板层和第二板层的基质材料。各个第二纤维具有沿各个第二纤维的第二长度部分基本恒定的横截面形状。第二长度部分沿相应的第一板层或第二板层内的基本平行的第二路线对齐。第二长度部分在第二长度部分中布置成没有局部波纹或者在第二长度部分中布置有第二局部波纹，该第二局部波纹偏离相应的第二长度部分的各个第二路线(程度小于第一局部波纹)并且返回到各个第二路线。第二路线与第一路线基本平行。

波纹纤维可以改为作为多个固有笔直第一纤维提供在第一板层中。各个第一纤维具有沿各个第一纤维的第一长度部分基本恒定的横截面形状。第一纤维的第一长度部分沿第一板层内的基本平行的第一路线对齐。第一长度部分还相对于相应的第一长度部分的各个第一路线布置有第一模式。板层174a、板层174b或两者可以包括平行于第一板层的第二板层、包含在第一板层或第二板层中的多个固有笔直第二纤维，以及至少部分地包封第一板层和第二板层的基质材料。各个第二纤维具有沿各个第二纤维的第二长度部分基本恒定的横截面形状。第二长度部分沿相应的第一板层或第二板层内的基本平行的第二路线对齐。第二长度部分以不同于第一模式的方式相对于相应的第二长度部分的各个第二路线布置有第二模式。第二路线与第一路线基本平行。板层174a、板层174b或两者可以包括用于在从动能接收足够的力时渐进加载第一纤维和第二纤维的装置。

动能吸收方法可以在板层174a、板层174b或两者中实施。该方法提供第一板层、包含在第一板层中的多个固有笔直第一纤维、平行于第一板层的第二板层、包含在第一板层或第二板层中的多个固有笔直第二纤维，以及至少部分地包封第一板层和第二板层的基质材料。各个第一纤维具有第一长度部分，从而提供沿第一板层内的基本平行的第一路线对齐的多个第一长度部分。多个第一长度部分在第一长度部分中布置有第一局部波纹，该第一局部波纹偏离并返回到相应的第一长度部分的各个第一路线。各个第二纤维具有第二长度部分，从而提供沿相应的第一板层或第二板层内的基本平行的第二路线对齐的多个第二长度部分。该多个第二长度部分在第二长度部分中布置成没有局部波纹，或者在第二长度部分中布置有第二局部波纹，该第二局部波纹偏离相应的第二长度部分的各个第二路线(程度小于第一局部波纹)并且返回到各个第二路线。第二路线与第一路线基本平行。

该方法包括当第一板层和第二板层从动能接收足够的力时，通过以下方式渐进加载第一纤维和第二纤维：

不可逆地剪切基质材料或破坏基质材料对各个第二纤维的至少一部分的粘附性，同时伴随使第二纤维塑性变形或导致第二纤维的失效；和

不可逆地剪切基质材料或破坏基质材料对第一局部波纹的至少一部分的粘附性，同时伴随拉平第一局部波纹的至少一部分而不使第一纤维失效。

在来自本文的方法或装置中的一个的渐进加载不足以停止物体172的情况下，图17C示出了背面板层174b，该背面板层174b在其分层并从与前面板层174a的接触释放时成为捕获层178。通过利用粘附性降低的区域控制设计边界176处的释放性能，可以释放背面板层174b，从而启用各种能量吸收机构。例如，剪切粘附性降低的区域会吸收动能。此外，可以控制背面板层174b在成为捕获层178时的剪切性能，以允许在这些层之间进行剪切。捕获层178之间的剪切促进捕获层178的自由移动并另外吸收动能。结果，可以通过除了本文中的渐进加载和其他方法和装置之外的依赖机构来避免结构的破坏。

可替代地或附加地，来自本文的方法和装置的渐进加载概念可以结合到背面板层174b中以产生捕获层178。作为一个示例，首先受到物体撞击的前面板层174a可以具有较低的失效应变，使得它们的失效吸收另外的动能，而第二次受到撞击的背面板层174b利用较高的失效应变来避免失效。因此，物体撞击可以释放背面板层174b，使得背面板层174b成为捕获层178。首先受到撞击的纤维、第二次受到撞击的纤维或者两者可以包括纤维波纹以用于进一步动能吸收。

依照一个实施例，动能吸收性复合制品包括第一板层和包含在第一板层中的多个固有笔直第一纤维。固有笔直纤维可以与设置成抗拉直的弯曲形式的纤维形成对比。固有笔直纤维在处于松弛状态时没有固定形式并且不抗拉直。在本制品中，各个第一纤维具有沿各个第一纤维的第一长度部分基本恒定的横截面形状。基本恒定的横截面形状可以沿纤维长度微量变化，但变化程度保持在直径规格的可接受的制造公差内。第一长度部分沿第一板层内的基本平行的第一路线对齐。第一长度部分在第一长度部分中也布置有第一局部波纹，该第一局部波纹偏离并返回到相应的第一长度部分的各个第一路线。

本制品包括平行于第一板层的第二板层、包含在第一板层或第二板层中的多个固有笔直第二纤维，以及至少部分地包封第一板层和第二板层的基质材料。各个第二纤维具有沿各个第二纤维的第二长度部分基本恒定的横截面形状。第二长度部分沿相应的第一板层或第二板层内的基本平行的第二路线对齐。第二长度部分在第二长度部分中布置成没有局部波纹或者在第二长度部分中布置有第二局部波纹，该第二局部波纹偏离相应的第二长度部分的各个第二路线(程度小于第一局部波纹)并且返回到各个第二路线。第二路线与第一路线基本平行。

另外的特征可以在本制品中实施。通过示例的方式，复合制品可以是飞机燃料囊。基质材料可以是连续的，即包封第一板层和第二板层的材料相同。各个第一纤维和第二纤维可以具有基本圆形的横截面形状。基本圆形的形状包括圆形、卵形、卵圆形和椭圆形。

各个第一纤维的横截面形状可以沿各个第一纤维的另一长度部分基本恒定。第一纤维的其他长度部分可以沿第一板层内的基本平行的其他路线对齐。其他长度部分可以在其他长度部分中布置成没有局部波纹，使得其他长度部分与它们相应的其他路线共同延伸。也就是说，各个第一纤维可以具有波纹部分和笔直部分。选择起波纹的纤维的长度部分并选择不起波纹的长度部分适应复合制品的指定区域，以用于吸收比其他区域更多的动能，与上面的描述保持一致。

第一局部波纹可以是基本周期性的并且在第一纤维之间具有共同的周期和共同的振幅。第二纤维可以布置有第二局部波纹，该第二局部波纹是基本周期性的并且在第二纤维之间具有共同的周期和共同的振幅。第二局部波纹的周期可以与第一局部波纹的周期不同。

第一纤维可以具有共同的材料成分，并且第二纤维可以具有共同的材料成分，第二纤维的材料成分与第一纤维的材料成分不同。第一纤维可以表现出共同的失效应变并且第二纤维可以表现出共同的失效应变，第二纤维的失效应变与第一种纤维的失效应变不同。

偏离并返回到第一路线的第一局部波纹可以与由第一板层内的第一路线限定的第一几何表面共同延伸。第二纤维可以布置有第二局部波纹，并且偏离并返回到第二路线的第二局部波纹可以与第一几何表面共同延伸，或者可以与由第二板层内的第二路线限定的第二几何表面共同延伸。

在替代方案中，偏离并返回到第一路线的第一局部波纹可以不完全地与由第一板层内的第一路线限定的第一几何表面共同延伸。第二纤维可以布置有第二局部波纹，并且偏离并返回到第二路线的第二局部波纹可以不完全地与第一几何表面共同延伸并且可以不完全地与由第二板层内的第二路线限定的第二几何表面共同延伸。

第二纤维可以包含在第一板层中。在替代方案中，第二纤维可以包含在第二板层中而不是第一板层中。

复合制品还可以包括背面板层，该背面板层包含布置成没有局部波纹的多个固有笔直第三纤维。基质材料可以至少部分地包封背面板层。背面板层可以由布置成没有局部波纹的固有笔直第三纤维组成。第三纤维沿其长度可以具有恒定的失效应变。背面板层可以由具有恒定的失效应变的第三纤维组成。

可以在本制品中实施的另外的特征也可以在本文的其他实施例中实施。

在另一实施例中，动能吸收性复合制品包括第一板层和包含在第一板层中的多个固有笔直第一纤维。各个第一纤维具有沿各个第一纤维的第一长度部分基本恒定的横截面形状。第一纤维的第一长度部分沿第一板层内的基本平行的第一路线对齐。第一长度部分还相对于相应的第一长度部分的各个第一路线布置有第一模式。

本制品包括平行于第一板层的第二板层、包含在第一板层或第二板层中的多个固有笔直第二纤维，以及至少部分地包封第一板层和第二板层的基质材料。各个第二纤维具有沿各个第二纤维的第二长度部分基本恒定的横截面形状。第二长度部分沿相应的第一板层或第二板层内的基本平行的第二路线对齐。第二长度部分以不同于第一模式的方式相对于相应的第二长度部分的各个第二路线布置有第二模式。第二路线与第一路线基本平行。

该制品还包括当复合制品从动能接收足够的力时渐进加载第一纤维和第二纤维的装置。足够的力足够高以胜过阈值，在该阈值以下不会发生制品的塑性变形。飞机、航天器和其他交通工具结构在没有塑性变形的情况下承受各种各样的力。本文的方法和装置不一定改变承受这种力的能力，而是将超过阈值的变形性质改变为更高水平的动能的吸收而不是破坏结构。

可以在本制品中实施另外的特征。通过示例的方式，复合制品是飞机燃料囊。渐进加载装置可以包括：

在第一长度部分中具有第一局部波纹的第一模式，该第一局部波纹偏离并返回到相应的第一长度部分的各个第一路线；以及

在第二长度部分中不具有局部波纹或在第二长度部分中具有第二局部波纹的第二模式，该第二局部波纹偏离相应的第二长度部分的各个第二路线(程度小于第一局部波纹)并返回到各个第二路线。

第二纤维可以布置成没有局部波纹，并且渐进加载装置还可以包括：

第一局部波纹的周期和振幅；

第一纤维的失效应变；

第二纤维的失效应变；以及

基质材料与第一纤维和第二纤维之间的粘附性程度。渐进加载装置不可逆地破坏基质材料对各个第二纤维的至少一部分的粘附性，同时伴随使第二纤维塑性变形或导致第二纤维的失效。当第一板层和第二板层从动能接收力时，渐进加载装置不可逆地破坏基质材料对第一局部波纹的至少一部分的粘附性，同时伴随拉平第一局部波纹的至少一部分而不使第一纤维失效。

第二纤维可以布置有第二局部波纹，并且渐进加载装置还可以包括：

第一局部波纹的周期和振幅；

第二局部波纹的周期和振幅；

第一纤维的失效应变；

第二纤维的失效应变；和

基质材料与第一纤维和第二纤维之间的粘附性程度。渐进加载装置不可逆地破坏基质材料对各个第二纤维的至少一部分的粘附性，同时伴随拉平第二局部波纹的至少一部分，然后使第二纤维塑性变形或导致第二纤维的失效。当第一板层和第二板层从动能接收力时，渐进加载装置不可逆地破坏基质材料对第一局部波纹的至少一部分的粘附性，同时伴随拉平第一局部波纹的至少一部分而不使第一纤维失效。可以在本制品中实施的其他特征也可以在本文的其他实施例中实施。

在另一实施例中，动能吸收方法提供复合制品，该复合制品包括第一板层、包含在第一板层中的多个固有笔直第一纤维、平行于第一板层的第二板层、包含在第一板层或第二板层中的多个固有笔直第二纤维，以及至少部分地包封第一板层和第二板层的基质材料。各个第一纤维具有第一长度部分，从而提供沿第一板层内的基本平行的第一路线对齐的多个第一长度部分。多个第一长度部分在第一长度部分中布置有第一局部波纹，该第一局部波纹偏离并返回到相应的第一长度部分的各个第一路线。

各个第二纤维具有第二长度部分，并且多个第二长度部分沿相应的第一板层或第二板层内的基本平行的第二路线对齐。多个第二长度部分在第二长度部分中布置成没有局部波纹，或者在第二长度部分中布置有第二局部波纹，该第二局部波纹偏离相应的第二长度部分的各个第二路线(程度小于第一局部波纹)并返回到各个第二路线。第二路线与第一路线基本平行。

该方法包括当第一板层和第二板层从动能接收足够的力时，通过以下方式渐进加载第一纤维和第二纤维：

不可逆地剪切基质材料或破坏基质材料对各个第二纤维的至少一部分的粘附性，同时伴随使第二纤维塑性变形或导致第二纤维的失效；以及

不可逆地剪切基质材料或破坏基质材料对第一局部波纹的至少一部分的粘附性，同时伴随拉平第一局部波纹的至少一部分而不使第一纤维失效。

可以在本方法中实施另外的特征。通过示例的方式，第二纤维可以布置有第二局部波纹，并且该方法还可以包括当第一板层和第二板层从动能接收力时，拉平第二局部波纹的至少一部分，然后使第二纤维塑性变形或导致第二纤维的失效。各个第一纤维可以具有沿第一长度部分基本恒定的横截面形状，并且各个第二纤维可以具有沿第二长度部分基本恒定的横截面形状。

复合制品还可以包括背面板层和基质材料，该背面板层包含布置成没有局部波纹的多个固有笔直第三纤维，并且基质材料至少部分地包封背面板层。渐进加载还可以包括用具有动能的物体施加力并且在物体穿过第一板层和第二板层后用背面板层捕获物体。第三纤维沿其长度可以具有恒定的失效应变。

条款1.一种动能吸收性复合制品，其包括：

第一板层；

包含在第一板层中的多个固有笔直第一纤维，各个第一纤维具有沿各个第一纤维的第一长度部分基本恒定的横截面形状，第一纤维的第一长度部分沿第一板层内基本平行的第一路线对齐，并相对于相应的第一长度部分的各个第一路线布置有第一模式；

第二板层，其与第一板层平行；

包含在第一板层或第二板层中的多个固有笔直第二纤维，各个第二纤维具有沿各个第二纤维的第二长度部分基本恒定的横截面形状，第二长度部分以不同于第一模式的方式相对于相应的第二长度部分的各个第二路线布置有第二模式，第二路线基本平行于第一路线；

基质材料，其至少部分地包封第一板层和第二板层；以及

当复合制品从动能接收足够的力时渐进加载第一纤维和第二纤维的装置。

条款2.根据条款1所述的制品，其中渐进加载装置包括：

在第一长度部分中具有第一局部波纹的第一模式，第一局部波纹偏离并返回到相应的第一长度部分的各个第一路线；以及

在第二长度部分中没有局部波纹或在第二长度部分中具有第二局部波纹的第二模式，第二局部波纹偏离相应的第二长度部分的各个第二路线至小于第一局部波纹的程度并返回到各个第二路线。

条款3.根据条款1或条款2所述的制品，其中第二纤维布置成没有局部波纹，并且渐进加载装置还包括：

第一局部波纹的周期和振幅；

第一纤维的失效应变；

第二纤维的失效应变；和

基质材料与第一纤维和第二纤维之间的粘附性程度，当第一板层和第二板层从动能接收力时，渐进加载装置不可逆地破坏基质材料对各个第二纤维的至少一部分的粘附性，同时伴随使第二纤维塑性变形或导致第二纤维的失效，并且不可逆地破坏基质材料对第一局部波纹的至少一部分的粘附性，同时伴随拉平第一局部波纹的至少一部分而不使第一纤维失效。

条款4.根据条款1-3所述的制品，其中第二纤维布置有第二局部波纹，并且渐进加载装置还包括：

第一局部波纹的周期和振幅；

第二局部波纹的周期和振幅；

第一纤维的失效应变；

第二纤维的失效应变；和

基质材料与第一纤维和第二纤维之间的粘附性程度，当第一板层和第二板层从动能中接收力时，渐进加载装置不可逆地破坏基质材料与各个第二纤维的至少一部分的粘附性，同时伴随拉平第二局部波纹的至少一部分，然后使第二纤维塑性变形或导致第二纤维的失效，并且不可逆地破坏基质材料对第一局部波纹的至少一部分的粘附性，同时伴随拉平第一局部波纹的至少一部分而不使第一纤维失效。

可以在本方法中实施的另外的特征也可以在本文的其他实施例中实施。

除非不相容，否则发明人明确地设想了本文描述的用于各自的方法和装置的各种选项不限于此。本文中各自的方法的特征和益处也可以与本文描述的装置和其他方法组合使用，即使其他地方没有具体指出。类似地，本文中各自的装置的特征和益处也可以与本文描述的方法和其他装置组合使用，即使其他地方没有具体指出。

遵照法规，已经用或多或少具体关于结构特征和方法特征的语言描述了实施例。然而，应当理解，实施例不限于所示出的和所描述的特定特征。因此，在依照等同原则适当解释的所附权利要求的适当范围内，实施例以其任何形式或修改要求保护。

Claims (16)

1.一种动能吸收性复合制品，其包括：

第一板层(88、98、108、118、128、138、148、158、168)；

包含在所述第一板层中的多个固有笔直第一纤维(80、90、100、110、120、130、140、150)，各个第一纤维具有沿所述各个第一纤维的第一长度部分基本恒定的横截面形状，所述第一长度部分沿所述第一板层内的基本平行的第一路线(84、104、114、124、144、154)对齐，并且在所述第一长度部分中布置有第一局部波纹，所述第一局部波纹偏离并返回到相应的第一长度部分的各个第一路线；

第二板层(129、139、149、159)，其与所述第一板层平行；

包含在所述第一板层或所述第二板层中的多个固有笔直第二纤维(82、92、102、112、122、132、142、152)，各个第二纤维具有沿所述各个第二纤维的第二长度部分基本恒定的横截面形状，所述第二长度部分沿相应的第一板层或第二板层内的基本平行的第二路线(86、106、126、146)对齐，并且在所述第二长度部分中布置成没有局部波纹或者在所述第二长度部分中布置有第二局部波纹，所述第二局部波纹偏离相应的第二长度部分的各个第二路线至小于所述第一局部波纹的程度并返回到所述各个第二路线，所述第二路线基本平行于所述第一路线；以及

基质材料，其至少部分地包封所述第一板层和所述第二板层。

2.根据权利要求1所述的制品，其中所述各个第一纤维和所述各个第二纤维具有基本圆形的横截面形状。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的制品，其中各个第一纤维的所述横截面形状沿所述各个第一纤维的另一长度部分基本恒定，所述第一纤维的其他长度部分沿所述第一板层内的基本平行的其他路线对齐并且在所述其他长度部分中布置成没有局部波纹，使得所述其他长度部分与其相应的其他路线共同延伸。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的制品，其中所述第一局部波纹基本是周期性的并且在所述第一纤维之间具有共同的周期和共同的振幅。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的制品，其中第二纤维布置有第二局部波纹，所述第二局部波纹基本是周期性的并且在所述第二纤维之间具有共同的周期和共同的振幅，所述第二局部波纹的所述周期与所述第一局部波纹的所述周期不同。

6.根据权利要求1或权利要求2所述的制品，其中所述第一纤维具有共同的材料成分，并且所述第二纤维具有共同的材料成分，所述第二纤维的材料成分与所述第一纤维的材料成分不同。

7.根据权利要求1或权利要求2所述的制品，其中所述第一纤维表现出共同的失效应变，并且所述第二纤维表现出共同的失效应变，所述第二纤维的失效应变与所述第一纤维的失效应变不同。

8.根据权利要求1或权利要求2所述的制品，其中偏离并返回到所述第一路线的所述第一局部波纹与由所述第一板层内的所述第一路线限定的第一几何表面共同延伸。

9.根据权利要求8所述的制品，其中所述第二纤维布置有第二局部波纹，并且偏离并返回到所述第二路线的所述第二局部波纹与所述第一几何表面共同延伸或者与由所述第二板层内的所述第二路线限定的第二几何表面共同延伸。

10.根据权利要求1或权利要求2所述的制品，其中偏离并返回到所述第一路线的所述第一局部波纹与由所述第一板层内的所述第一路线限定的第一几何表面不完全共同延伸。

11.根据权利要求1或权利要求2所述的制品，其中所述第二纤维包含在所述第一板层中。

12.根据权利要求1或权利要求2所述的制品，其中所述第二纤维包含在所述第二板层中而不包含在所述第一板层中。

13.根据权利要求1或权利要求2所述的制品，还包括背面板层(174b)，所述背面板层包含：

多个固有笔直第三纤维，所述多个固有笔直第三纤维布置成没有局部波纹；以及

所述基质材料，其至少部分地包封所述背面板层。

14.一种动能吸收方法，其包括：

提供复合制品，所述复合制品包括：

第一板层(88、98、108、118、128、138、148、158、168)；

多个固有笔直第一纤维(80、90、100、110、120、130、140、150)，其包含在所述第一板层中，各个第一纤维具有第一长度部分，从而提供沿所述第一板层内的基本平行的第一路线(84、104、114、124、144、154)对齐的多个第一长度部分，并且在所述第一长度部分中布置有第一局部波纹，所述第一局部波纹偏离并返回到相应的第一长度部分的各个第一路线；

第二板层(129、139、149、159)，其与所述第一板层平行；

多个固有笔直第二纤维(82、92、102、112、122、132、142、152)，其包含在所述第一板层或所述第二板层中，各个第二纤维具有第二长度部分，从而提供沿相应的第一板层或第二板层内的基本平行的第二路线(86、106、126、146)对齐的多个第二长度部分，并且在所述第二长度部分中布置成没有局部波纹或在所述第二长度部分中布置有第二局部波纹，所述第二局部波纹偏离相应的第二长度部分的各个第二路线至小于所述第一局部波纹的程度并返回到所述各个第二路线，所述第二路线基本平行于所述第一路线；以及

基质材料，其至少部分地包封所述第一板层和所述第二板层；以及

当所述第一板层和所述第二板层从动能接收足够的力时，通过以下方式渐进加载所述第一纤维和所述第二纤维：

不可逆地剪切所述基质材料或破坏所述基质材料对各个第二纤维的至少一部分的粘附性，同时伴随使所述第二纤维塑性变形或导致所述第二纤维的失效；以及

不可逆地剪切所述基质材料或破坏所述基质材料对所述第一局部波纹的至少一部分的粘附性，同时伴随拉平所述第一局部波纹的至少一部分而不使所述第一纤维失效。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二纤维布置有所述第二局部波纹，并且所述方法还包括在所述第一板层和所述第二板层从动能接收所述力时拉平所述第二局部波纹的至少一部分，然后使所述第二纤维塑性变形或导致所述第二纤维的失效。

16.根据权利要求14或权利要求15所述的方法，其中：

所述复合制品还包括背面板层(174b)，所述背面板层(174b)包含：

多个固有笔直第三纤维，其布置成没有局部波纹；以及

所述基质材料，其至少部分地包封所述背面板层；以及

所述渐进加载还包括用具有动能的物体施加所述力并在所述物体穿过所述第一板层和所述第二板层之后用所述背面板层捕获所述物体。