CN113950410B - 具有有限长度的带的复合材料结构及其制造和使用方法 - Google Patents

具有有限长度的带的复合材料结构及其制造和使用方法 Download PDF

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Abstract

描述了复合材料格栅结构，其包括若干铺层。所述若干铺层中的每一铺层包括沿第一方向取向的若干第一细长带和沿第二方向取向的若干第二细长带，所述第二方向从所述第一方向偏离至少25度的角度。在该格栅结构中，所述第一细长带中的每一者具有在所述第一细长带中的每一者的相对端之间延伸的第一长度以及在所述相对端中间的第一中点；所述第二细长带中的每一者具有在所述第二细长带中的每一者的相对端之间延伸的第二长度以及在所述相对端中间的第二中点。还公开了相关的复合材料层合板结构、网格结构及其制造和/或使用方法。

Description

具有有限长度的带的复合材料结构及其制造和使用方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年6月13日提交的序列号为62/861,060的美国临时专利申请的优先权和权益，其内容通过引用整体并入本文。
背景
技术领域
本发明的各种实施例总体上涉及复合材料层合板结构，特别是由具有有限预定或设计长度的交错不连续的带部分形成的格栅、芯和/或蒙皮结构的组合，以及制造方法，生产和使用这样的结构。
相关技术的描述
为了提高接受度，传统的复合材料层合板结构通常被设计为模仿传统的基于金属的层合材料的强度特性，因此被限制为具有对称和平衡的铺层的设计。这种传统结构，当受到如此限制并包含由黑色碳纤维形成的至少三铺层时，由于它们组合的碳构成和金属模拟特性，在本领域中通常被称为“黑色铝”。参考美国公开号2006/0093802可以理解有关常规复合材料层合板结构的额外细节，其内容通过引用整体并入本文。
这些传统的复合材料层合板结构经常使用(通常称为)“传统四层层合板”，其涉及由[0]、[±45]和[90]铺层的集合制成的层合板(参见例如传统四层领域1，如图1A-1B所示)。当每一层被堆叠时，所得结构是准各向同性的，因为它与铝的各向同性特性相匹配，这也是将这种复合材料层合板称为黑色铝的原因之一。传统的四层层合板本质上总是离散的，这意味着可以选择(四个离散层的多层的，如上所列)有限数量的铺层角度和/或铺层角度组合。为了获得所需的方向特性，必须添加比由四层制成的准各向同性更多的层，从而产生子层合板(如本文别处详述)的6、8、10或更多铺层。当层合板采用中平面对称的方式制造时，所得的总层合板的厚度将增加一倍，分别为12、16和20铺层。如果需要更厚的层合板，则必须考虑12、16和20的倍数。
在极端情况下，基于不使用子层合板的总层合板来选择层合板。在这种情况下，可以根据0°、±45°和90°铺层在铺层分布的整个厚度上的百分比来选择总层合板。在这种情况下，只有中平面对称和铺层分三组的限制(即，有四铺层，但它们分为三组，即0°、±45°和90°)是明确的要求。例如，如果子层合板具有10层，其中5层为0°，则0°铺层可以分成至少两组，即一组三铺层和一组两铺层。可以提供三个或更多组，例如三个1铺层和一个2铺层，但是，分组成四铺层和一铺层的情况(或五铺层全部为一组的情况)对于遵守传统常规四层层合板系列所需的限制性堆叠顺序是不可行的。
以上是传统四层系列层合板的独特问题。首先，子层合板很厚，其次，需要中平面对称，最后，随着厚的子层合板的加入，层合板的厚度会发生巨大变化。可以通过添加一些选定的铺层而不是重复子层合板的部分来减轻巨大的跳跃。但是，这种任意添加的厚度小于6、8或10铺层的铺层与子层合板的特性不同，并且实际上不可能进行优化。最小轨距也存在问题。许多部件和设备需要小于12、16和20铺层的层合板厚度。因此，在这些环境中使用传统的四铺层复合材料是不可行的，例如在机身或机翼蒙皮领域。这种性质的子层合板也容易分层，并且由于数以千计的纤维不连续性、基体开裂和铺层分层导致多种失效模式。复杂的结构需要复杂的程序来混合具有不同堆叠和厚度的相邻层合板并减少或添加铺层，这阻碍优化和制造。
传统复合材料层合板结构由于其离散性质而导致效率低下，工业中自身造成的限制加剧了低效率，包括感知需求，即所有复合材料层合板结构——特别是其中的子层合板结构——具有平衡和对称特性；另有说明，它们必然涉及厚的子层合板结构和中平面对称性。具体而言，对称的层合板涉及在其中平面周围的铺层取向的反射或镜像等效，而平衡的层合板涉及相同数量的在整体上正(+)和负(-)取向的铺层。由于担心传统的复合材料层合板结构在从固化温度冷却时会不希望地翘曲或当操作温度变化时残余应力增加，因此这些限制在历史上基本上没有受到挑战。例如，要强制对称，必须将最小层数加倍，从而达到12、16和20铺层，或更高的倍数，例如24、32和40铺层，甚至更多。可以参考美国专利序号9,296,174来理解围绕常规施加的约束的额外细节，该专利的内容通过引用整体并入本文。
对称的层合板传统上是通过以复合材料层合板在结构的中平面周围呈现出自身的镜像的方式来堆叠多个不同单向的铺层而形成的。这种层合工艺通常是时间和劳动密集型的并且容易出错，需要特别注意以确保各个复合材料层的精确排序并且可能导致不必要的层数，这可能导致过多的过程浪费和成本。在寻求使结构的外表面渐薄时，更进一步的对称的层合板历来被证明是麻烦的，这至少部分是由于希望始终保持对称，即使是在铺层递减以形成渐薄效果时也是如此。此外，当具有基本相同方向的单个或一对对称铺层递减以形成渐薄时，层合板的堆叠顺序以及材料的强度特性都会改变。
尽管它们本身没有问题，平衡的层合板，如上述对称的层合板，传统上是通过堆叠多个不同的多个精确取向并且彼此之间具有较大角度的单向铺层而形成。例如，每个离轴铺层，例如+45°铺层通常与-45°铺层匹配(例如，镜像)。此外，通常的做法是采用包含-45°、0°、+45°和90°角的四铺层取向(即本文前面提到的[0]、[±45]和[90]结构，仅简单用替代命名法)。三铺层取向也很常见，例如0°、±45°结构；但关键是正(+)和负(-)取向的铺层的数量要保持相等。
这种性质的平衡和对称的层合板在尝试最小化层合板甚至子层合板的厚度时传统上也造成了困难，需要越来越薄的铺层作为抵消添加6、8或10铺层(或甚至更多层，例如在需要对称时加倍)的需要的唯一选择以实现理想的材料特性。在这些结构中也存在渐薄(即，铺层递减)的复杂性，其中一个示例性限制是特定铺层或其组的递减不得干扰所需的对称性和平衡。因此，由于(受超厚的子层合板结构和本文详述的对称约束的影响)可用铺层角度的离散性质，可实现的层合板刚度和/或强度特性之间必然存在根本无法桥接的间隙。因此，由于自身造成的限制，常常面临多种故障模式、铺层递减和混合导致的数千条纤维中断以及制造的复杂性；换句话说，为了满足各种自我施加的约束，通常必须牺牲层合板结构中的一组最佳材料特性；结果是使用了不是最佳的层合板结构。
对传统复合材料层合板结构的先前改进包括双双子层合板结构的改进，与传统结构的离散点相比，其提供了机会的连续场，如通过图1A-B与图2A-B的比较可以理解的那样。值得注意的是，双双子层合板结构的连续场实现了具有最佳4铺层厚结构的子层合板；甚至可以获得更薄的2铺层和1铺层厚结构。自始至终，铺层角度也是连续的，可以实现不同层合板的混合及其优化。子层合板厚度保持不变。结果，遇到的故障模式要少得多(并且实际上没有不可预测的故障模式)，并且可以以比常规可用的方式更有效的方式进行自动化的铺设程序。所有这些以及其他优点导致更简单和更轻的结构，并且为了效率和准确性的目的也更好地优化。
双双子层合板结构的一种示例性和非限制性应用涉及形成格栅、芯和/或蒙皮结构，如可参考图3大体理解的。这些结构通常是通过使用高速的铺带机生产格栅/蒙皮面板，提供由多组肋形成的正交格栅，如图所示。但是，为了匹配肋及其接头(两个肋相遇的地方)的高度，必须在每个肋的每隔一层的带中添加一个不连续的插入物。这需要在正在进行的制造操作期间切割连续的带，导致生产效率低下和/或由于执行的切割中的不一致等而导致带的不准确性。
因此，需要提供层合板格栅、芯和/或蒙皮结构及其制造和使用方法，其能够消除所观察到的与使用双双子层合板结构和/或甚至传统的层合板结构的连续的带相关的低效率和不准确性。
简单概要
通过在此描述的各种实施例，不仅在结构上，而且通过比传统方法更有效的制造工艺，可以实现格栅芯和/或蒙皮结构，从而节省成本和时间。更进一步，新的格栅/芯/蒙皮在减轻重量的情况下表现出改进的弯曲刚度和易于制造。
根据各种实施例，提供了一种复合材料格栅结构，其用于复合材料层合板结构中。所述格栅结构包括若干铺层，所述若干铺层中的每一铺层包括沿第一方向取向的若干第一细长带和沿第二方向取向的若干第二细长带，所述第二方向从所述第一方向偏离至少25度的角度。在格栅结构中：所述若干铺层中的一个铺层中的所述若干第一细长带中的每一者具有在所述若干第一细长带中的每一者的相对端之间延伸的第一长度以及在所述相对端中间的第一中点；所述若干铺层中的一个铺层中的所述若干第二细长带中的每一者具有在所述若干第二细长带中的每一者的相对端之间延伸的第二长度以及在所述相对端中间的第二中点；所述第一长度与所述第二长度相同；所述若干第一细长带中的每一者的相对端被定位成与所述若干第二细长带中相邻定位的第二细长带的所述第二中点的相对侧相邻，以限定第一接合位置；以及所述若干第二细长带中的每一者的相对端被定位成与所述若干第一细长带中相邻定位的第一细长带的所述第一中点的相对侧相邻，以便以交错的接头构造限定第二接合位置。
根据各种实施例，提供了一种复合材料层合板结构，该结构包括：具有若干铺层的格栅部件，所述若干铺层中的每一个铺层包括沿第一方向取向的若干第一细长带以及沿第二方向取向的若干第二细长带，所述第二方向从所述第一方向偏离至少25度的第一角度；以及蒙皮部件，包括沿第三方向取向的若干第三细长带和沿第四方向取向的若干第四细长带，所述第四方向从所述第三方向偏离至少25度的第二角度，所述第二角度与所述第一角度不同。在复合材料层合板结构中：所述若干铺层中的一个铺层中的所述若干第一细长带中的每一者具有在所述若干第一细长带中的每一者的相对端之间延伸的第一长度以及在所述相对端中间的第一中点；所述若干铺层中的一个铺层中的所述若干第二细长带中的每一者具有在所述若干第二细长带中的每一者的相对端之间延伸的第二长度以及在所述相对端中间的第二中点；所述若干第一细长带中的每一者的相对端被定位成与所述若干第二细长带中相邻定位的第二细长带的所述第二中点的相对侧相邻，以限定第一接合位置；所述若干第二细长带中的每一者的相对端被定位成与所述若干第一细长带中相邻定位的第一细长带的所述第一中点的相对侧相邻，以便以交错的接头构造限定第二接合位置；以及所述蒙皮部件在邻近所述格栅部件的所述若干铺层中的一个外铺层处定位。
根据各种实施例，提供了一种格栅结构，该格栅结构包括：单个铺层，所述单个铺层包括沿第一方向取向的一组第一细长带和沿第二方向取向的一组第二细长带，所述第二方向从所述第一方向偏离至少25度的角度。在该格栅结构中：所述第一细长带中的每一者具有在所述第一细长带中的每一者的相对端之间延伸的第一长度以及位于所述相对端中间的第一中点；所述第二细长带中的每一者具有在所述第二细长带中的每一者的相对端之间延伸的第二长度以及位于所述相对端中间的第二中点；所述第一长度与所述第二长度相同；所述第一细长带的相对端被定为成与所述第二细长带中相邻定位的第二细长带的所述第二中点的相对侧相邻，以限定第一接合位置；以及第二细长带的相对端被定位成与所述第一细长带中的相邻定位的第一细长带的所述第一中点的相对侧相邻，从而以交错的接头构造限定第二接合位置。
根据各种实施例，提供了一种制造复合材料格栅结构的方法。该方法包括以下步骤：通过分配沿第一方向取向的第一组第一细长带和沿第二方向取向的第二组第二细长带来形成第一铺层，所述第二方向从所述第一方向偏离至少25度的角度；以及通过分配沿所述第一方向取向的第三组第一细长带和沿所述第二方向取向的第四组第二细长带来形成第二铺层。所述铺层中的一者的所述若干第一细长带中的每一者具有在所述若干第一细长带中的每一者的相对端之间延伸的第一长度以及位于所述相对端中间的第一中点；所述铺层中的一者的所述若干第二细长带中的每一者具有在所述若干第二细长带中的每一者的相对端之间延伸的第二长度以及位于所述相对端中间的第二中点；所述第一长度与所述第二长度相同；所述分配使得所述第一组和第三组细长带中的每一者的相对端被定位成与所述第二组和第四组细长带中的相邻定位的细长带的所述第二中点的相对侧相邻，以限定第一接合位置；以及所述第二组和第四组细长带中的每一者的相对端被定位成与所述第一组和第三组细长带中的相邻定位的细长带的所述第一中点的相对侧相邻，从而以交错的接头构造限定第二接合位置。
根据各种实施例，提供了一种形成复合材料层合板结构的方法。该方法包括以下步骤：通过分配沿第一方向取向的第一组第一细长带和沿第二方向取向的第二组第二细长带来形成第一铺层，所述第二方向从所述第一方向偏离至少25度的角度；通过分配沿所述第一方向取向的第三组第一细长带和沿所述第二方向取向的第四组第二细长带来形成第二铺层；以及形成蒙皮部件，所述蒙皮部件包括在第三方向上定向的一组第五细长带和在第四方向上定向的一组第六细长带的蒙皮部件，所述第四方向从所述第三方向偏离至少25度的角度。至少在该方法中：所述铺层中的一者的所述若干第一细长带中的每一者具有在所述若干第一细长带中的每一者的相对端之间延伸的第一长度以及位于所述相对端中间的第一中点；所述铺层中的一者的所述若干第二细长带中的每一者具有在所述若干第二细长带中的每一者的相对端之间延伸的第二长度以及位于所述相对端中间的第二中点；所述分配使得所述第一组和第三组细长带中的每一者的相对端被定位成与所述第二组和第四组细长带中的相邻定位的细长带的所述第二中点的相对侧相邻，以限定第一接合位置；所述第二组和第四组细长带中的每一者的相对端被定位成与所述第一组和第三组细长带中的相邻定位的细长带的所述第一中点的相对侧相邻，从而以交错的接头构造限定第二接合位置；以及所述第五细长带和所述第六细长带定位成与限定邻近格栅部件的蒙皮组件的所述第一铺层和所述第二铺层中的一个或另一个相邻。
附图的几个视图的简要说明
下面将参考附图以非限制性的方式进一步描述本发明的各种实施例。在所有附图中，相同的附图标记用于指示相应的相似部分：
图1A-1B显示了传统的四层常规子层合板系列，重点是10铺层结构；
图2A显示了双双子层合板系列内所有子层合板的一个主铺层刚度分量；
图2B分别以10度和2度的角度增量示出了双双子层合板系列的两个三维表示；
图3示出了由双双子层合板材料形成的一系列格栅和蒙皮结构；
图4显示了根据既定工艺使用连续的带和不连续的插入物形成的格栅和蒙皮结构；
图5显示了图4的在堆叠取向上连续肋和不连续的插入物；
图6示出了使用根据各种实施例的不连续的带结构形成的格栅和蒙皮结构；
图7示出了根据各种实施例的连续的带/不连续的插入物与不连续的带结构的比较；
图8示出了使用根据各种实施例的不连续的带结构的作为L/H的函数的矩形格栅的刚度分量；
图9示出了根据各种实施例的使用不连续的带结构的作为L/H的函数的角格栅的刚度分量；
图10显示了不连续的带结构的示例性应用，以及全环或螺旋缠绕叠层工艺的细节；
图11示出了根据各种实施例使用不连续的带结构形成的示例性格栅、芯和蒙皮结构。
各种实施例的详细说明
为了便于理解本发明的各种实施例，以下定义了多个术语。此处定义的术语具有与本发明相关领域的普通技术人员通常理解的含义。诸如“一”(“a”、“an”)和“该/所述”(“the”)之类的术语并非旨在仅指单个实体，而是包括可以使用特定示例进行说明的一般类别。除非在权利要求中所述，这里的术语用于描述本发明的特定实施例，但它们的使用不限制本发明。
一般概述
首先，已注意到，如本领域公知和理解的，存在各种层合板结构(例如，铺层和/或子层合板模块)固结选项。铺层和/或子层合板模块内的织物可以作为干纤维提供或用树脂预浸渍(例如，预浸料)。如本领域公知和理解的，每个织物的非限制性示例包括树脂传递模塑、真空树脂传递模塑、加热真空辅助树脂传递模塑、无高压釜的工艺和树脂膜灌注的非限制性示例。在某些实施例中，铺层可以是由多根纤维限定或形成的碳纤维铺层。其他实施例可以替代地以各种材料(例如，玻璃纤维或诸如铜线的电导体)进行构造。作为一个非限制性示例，在风力涡轮机叶片的情况下，本文描述的层合板结构和/或子模块可以结合玻璃纤维铺层而不是碳纤维层，这可能是出于成本或其他考虑的需要，视情况而定。在其他实施例中，混合可能是合乎需要的，导致碳纤维、玻璃纤维和/或周期性间隔的电导体(例如，铜线，作为避雷装置)或其他材料作为铺层的多种组合中的任一种的混合物作为铺层。
还如本文别处所提到的，双双子层合板的一个示例性、非限制性和有用的应用在于复合材料格栅和/或复合材料格栅和蒙皮和/或格栅/芯/蒙皮结构的构造。值得注意的是，双双层子层合板结构的材料特性(特别是均质化)，格栅和蒙皮和/或格栅/芯/蒙皮类型结构的实施是可预测和可实现的；它还通过可优化和自动化的叠层程序提高了效率，这些程序以简单的方式能够创建不仅坚固、重量轻、而且耐损坏且价格低廉的总层合板。
传统的复合材料格栅结构——通常本质上是多向的——一般被设计为模仿传统的基于金属的结构材料的强度特性，因此通常被限制为使用多于两铺层或构建的设计。一个这样的示例，惠灵顿机身(在WO2018/187186中有更详细的说明)使用由铝制成的、并具有以标称[0]系带的[±45]格栅的格栅。复合材料格栅最重要的特征之一是固有的损伤容限。由于外力或冲击使一根肋或接头被去除，具有高密度交叉肋的格栅结构将形成一个新的网络，整个格栅结构的完整性几乎没有损失。威灵顿轰炸机机身在战损后的幸存，也是这种固有损伤承受能力的真实见证。值得注意的是，传统的层合板(没有格栅的蒙皮)在损伤容限上至少会受到2倍的影响，以防止出现微裂纹和分层。因此，将格栅作为格栅/蒙皮结构的支柱是一个改变游戏规则的概念，它允许更充分地利用复合材料的内在特性。
技术的最新进展还确定复合材料格栅提供了异常轻质结构和/或诸如在惠灵顿机身中使用的那些结构的替代方案。例如，单向肋可以代替铝制三轴格栅。更进一步地，在依赖双双子层合板结构的情况下，对于格栅和系带(或蒙皮)而言，可以利用各种角度中的任一种。这可以首先参考图3来理解，其中示出了两个实施例，即单蒙皮格栅结构110和双蒙皮格栅结构120。一个双螺旋或子层合板[±A]被用于形成蒙皮111层，而另一个双螺旋或子层合板[±B]被用于形成格栅112构件。以这种方式，单个双双子层合板[±A/±B]可被用于任何特定的蒙皮/格栅组合。在某些实施例中，子层合板[±B]的交叉铺设实现了格栅的多方向(即，菱形)图案，并且其密度可以根据各种实施例而变化(参见图9-10)。肋的横截面可以被设计成在宽度和深度上有许多变化，并且可以遵循例如余弦幂律以进一步减轻重量。从根部到尖端的这种急剧渐薄方式可能是一个巨大的设计选择。节点(即肋的交叉点)最有可能是格栅中的薄弱点。一些特殊考虑，例如铺层或丝束的双重交叉，而不是三重交叉，以及扩大结的根部区域，将有助于加强结。
通过与单蒙皮格栅结构110的比较，参考双蒙皮格栅结构120，其也在图3中示出。其中，一个双螺旋或子层合板[±A]被用于形成每个蒙皮层121、123，而另一个双螺旋或子层合板[±B]被用于形成格栅122构件。以这种方式，单个双双子层合板[±A/±B]可被用于任何特定的双蒙皮/格栅组合，前提是两个蒙皮以相同方式定向，如本文别处详述的。在某些实施例中，子层合板[±B]的交叉铺设可以再次实现格栅的多向(即，金刚石般的)图案，并且其密度可以根据各种实施例而变化。
如上所述，格栅是一种独特的结构，至少是由于其具有单向复合材料形成其肋的能力。因此，具有这种肋的格栅的刚度可能比由例如铝制成的格栅硬很多倍。原因是铝格栅的肋在70GPa下具有相同的铝刚度。对于碳复合材料，肋的刚度很容易达到180GPa。此外，复合材料通常比铝轻40％。因此，复合材料格栅(例如由双双子层合板材料形成)由于更高的刚度以及近一半的重量，其比刚度可能是传统的格栅结构的4或5倍。
由双双子层合板材料限定的复合材料格栅结构的强度也超过铝格栅的强度，甚至超出比刚度更宽的量。因此，威灵顿轰炸机众所周知的抗爆炸性可以通过使用双双子层合板材料来增强，作为非限制性示例，飞机机身具有更大的预期效果。
连续的带
参考图4，可以理解格栅和蒙皮复合结构的现有构造以及用于获得格栅和蒙皮复合结构的制造工艺。其中再次示出了双蒙皮格栅结构120，更一般地类似于图3中所示的结构。然而，在图4中，说明了与自动铺层工艺相关的细节。值得注意的是，连续的带125在其中与必需的不连续的插入物126结合，以交替方式提供给每隔一层，以确保在结构120的肋的接头处不发生过度堆积(也参见图5)。换句话说，为了匹配肋及其接头的高度，必须在肋的每隔一层的带中添加不连续的插入物126(长度为L-b(即，格栅(L)的长度减去带125(b)的宽度))。
传统的自动铺层机能够以实时方式切割连续的带125，以便专门生产所需的不连续的插入物126；然而，这些切割仅在与插入物或带纵轴垂直的方向(即90度)上是可行的。该角度受到带的切割器的限制，切割器通常限于横切(即，相对于带的主轴的90度切割)。如果切割器以60度角安装以进行例如60度切割，则应用于[±30]实施例的格栅状结构。虽然这种结构在传统上理论上是可能的，但对于沿负方向延伸的肋，切割必须是负度切割。对于传统的连续的带构造，存在限制该方法可行性的复杂性。
作为另一个非限制性示例，双蒙皮格栅结构120可以用连续的带125与不连续的插入物126(见图5)逐层构建，在形成的某些面板中重复多达35次用于商业应用等。在某些实施例中，带可以用一些热塑性颗粒固定，使得铺层堆叠(特别是当35层厚或更多时)在加工、装袋、真空和树脂渗透发生之前不会移动。例如，工具可以是填充肋之间空间的橡胶块，因此当抽真空时，橡胶块在肋的侧面施加压力，从而在压力下保持它们的结构取向。烘箱固化后，可将袋装材料连同橡胶工具一起移除。
图5还提供了关于不连续的插入物的要求的信息。在其中提供的最上面的图像中，可以理解不期望的连续铺层堆叠的实施例(没有不连续的插入物)。如果没有不连续性，则在接头处(即两个或多个连续铺层相对于彼此重叠的地方)会堆积过多的堆积物(以及因此重量和其他以材料特性为重点的低效率)。可以通过在相应接头之间交替使用不连续的插入物的连续铺层来避免这种堆积。然而，这种方法同样会导致以材料特性为重点的低效率，包括产生延伸穿过整个层合板结构的弱接合区域，如本文别处详述的。
不连续或有限长度的带
与图4和图5的连续的带和不连续的插入物结构相比，可以首先参考图6来理解本发明构思的各种实施例。其中，示出了使用预制不连续(即，有限长度)的带225的结构，带115可以交错布置以用于所有方向并用于任何所需层合板结构200的所有肋，包括格栅、格栅/蒙皮和/或格栅/芯/蒙皮结构。作为非限制性示例，每个有限长度的带225的长度可以是相邻接头之间提供的长度的大约两倍，考虑带本身的宽度，如还可以从图7理解的那样。另外说明，在某些实施例中，每个有限长度的带225的长度可以是(2L-b)，其中(L)是格栅的长度或尺寸(即，在每个相邻接头之间)并且(b)是带225的宽度。因此，作为非-限制性示例，如果接头间隔开10英寸且带为1英寸宽，则每个有限长度的带将为19英寸长。作为另一个非限制性示例，如果格栅的接头间隔开5英寸并且带为1英寸宽，则每个有限长度的带将为9英寸长。可以设想各种长度中的任何一种；不同长度的更进一步的有限长度的带可用于格栅/蒙皮结构的不同层中，如本文别处详述的。作为一个示例，与格栅层相比，蒙皮的长度可能更长。
还应当理解，上述详细实施例仅是非限制性示例。每个有限长度的带225可以具有其他的尺寸，例如使得每个可以具有大约为格栅长度的三倍的长度，再次定义为格栅的相邻接头之间的长度。还可以设想其他尺寸，所有的共同特征是由不连续性(由于带的有限长度)产生的接头彼此交错，这是由于有限长度在某种程度上比相邻接头的间距更长。以这种方式，接头处的不连续性不会像图3和4所示的传统结构那样延伸穿过整个复合材料层合板。此外，不连续性更均匀地分布在整个复合材料层合板中，从而提供更均匀一致的复合材料层合板的材料特性。
如所提到的，在某些实施例中，不连续的或有限长度的带225可以以交错模式堆叠，因此不连续的数量可以保持与常规堆叠顺序相同(参见图4和图5)，但是更多均匀地分布在整个复合材料层合板中。再次结合图6和图7可以进一步理解这一点。例如，在图6所示的带225的最上层中，接合位置226仅由有限长度的带225b的相应端部限定。穿过该接合位置226的是连续的有限长度的带225a，由此——至少如图所示——带225a的中点大约对应于接合位置226。换句话说，接合位置226仅由两个相邻定位的带225的两端限定，并由相邻定位的第三条带225的中点覆盖。至少在所示实施例中，第三条带225a定向为基本垂直于其余两个条带225b。然而，应当理解，如本文别处详述的，带之间的角度可以变化。结果，带225的端部结构同样可以变化，例如不同于端部相对于带的长度的法线(即，直角)取向，如图6所示。
从图6还可以理解，任何接合位置226——相对于使用连续的、有限长度的带225建立的三层铺层——将仅在三层中的一层(或仅在两层，取决于所涉及的排序)中具有接合不连续性。值得注意的是，在铺层225a提供跨越接合位置226的连续性的情况下，在铺层225b下方的层中可以提供相同的连续性，从而导致诸如图7下部所示的构造，由此在相邻接头或接合位置226之间提供间隙227。由此，因此可以理解，使用有限长度的、不连续的带225的示例性和非限制性优点是带可以预制并堆叠在分配器中，从而通过一次一层的铺设或递减(参考图7，在该实例中为渐薄)的方式来构建格栅，然后移动到另一个位置进行下一次递减，遵循交错模式(再次如图6所示)，这会导致整个复合材料层合板的不连续性间距的分布更均匀。
现在再次参考图7，在顶部可以看到使用具有不连续的插入物126的连续的带125的常规做法的图示，如本文之前参考图4-5所详述的。作为比较，图7的下部示出了本发明的有限长度的带225的示例性和非限制性实施例，在这种情况下，其长度为(2L-b)，如前文所定义。可以看出，图7的下部提供了具有更均匀分布的接合位置226的结构。水平上紧邻的接合位置并不在同一铺层中，如图7的上部。否则，接合位置的交错和交替在垂直和水平上都会发生，导致多个间隙227，其幅度大于常规做法中存在的间隙。
从图7还可以理解，使用有限长度的不连续的带225的交错工艺形成的任何子层合板或复合材料层合板结构的渐薄方式是直接的。可以通过简单地顺序消除带225中的分别相邻的带来实现渐薄方式。渐薄方式——通过顺序铺层或带225的递减来实现——可以在上部(如图所示)或下部位置进行。这可能与传统结构所需的复杂的渐薄程序形成对比，特别是那些对强度和其他带特性施加对称限制的构造。
如上所述，并且如图7的下部所示，有限长度的不连续的带225的端部可以垂直于带的长度切割。这样的末端对于方形-方形格栅或涉及[±45]角的格栅(另请参见图4)是很有用的。然而，在其他实施例中，可能需要并提供非垂直(即，非直角)取向的带的末端。在图7中，还示出了示例性的直边但有角度的切割端230，由此可以实现角度不是[±45]并且包含双双结构的连续场的格栅。作为示例性和非限制性示例，末端(以及因此格栅/蒙皮)角度可以在[±45]和[±15]之间。最佳范围可以在[±25]和[±65]之间和/或在[±20]和[±70]之间和/或在[±22.5]和[±67.5]之间。有限长度的带225的末端可以进一步在任何特定子层合板模块或复合材料层合板结构内的蒙皮和格栅和/或蒙皮、格栅和芯层之间变化。例如，蒙皮层的带末端可能是[±15]，而格栅层的带末端可能是[±60]。格栅的角度限制比蒙皮更严格，格栅层通常保持在[±25]和[±65]之间，如前所述。
图7中还示出了半圆形或椭圆形切割/成形的端部240。与任何直边成角度的切割相比，在某些实施例中具有圆形、半圆形或椭圆形的端部240能够以任何所需的角度来使用有限长度的带225。换句话说，最终用户可以通过使用圆形末端240的有限长度的带灵活地选择任何所需的铺设角度。相比之下，传统的带没有以这种程度的灵活性预先构造或预先制备；取而代之的是，传统的带只能相对于其长度垂直切割。
因此，与移动式的带铺设机相比，另一个示例性和非限制性示例是具有以除了方形或正常切割之外的多种角度中的任何角度的方式来切割端部的带的可能性(也参见图7)。以这种方式，不仅可以实现[±45]还可以是任何角度对[±A/±B]，例如[±30/±60]的格栅，其中，可以从双双的连续场选择更多可能的角度，如图2A-2B所示。
尽管图7示出了形成格栅状结构的多层带225，无论是否渐薄，所有层相对于彼此具有相等的厚度，但还应当理解，带的厚度也可以各不相同，至少从一层到另一层。换句话说，一些带层可能比其他带层更厚，这对于解决复合材料层合板结构的特定区域中的材料特性(即刚度、强度等)而言可能是合乎需要的，该复合材料层合板结构由分配的带所限定的格栅状的阵列形成。在其他实施例中，如图所示，带的厚度可以始终一致。
在某些其他实施例中，带225的宽度也可以相对于复合材料层合板结构的不同部分而变化——或者更具体地对于应用了相同材料的部件的不同部分而变化。更进一步地，还可以在部件或应用复合材料层合板结构的应用中的不同区域处提供不同高度的格栅的肋(如由带所限定的)。此外，与蒙皮相比，格栅元件的材料结构可能不同。如本文别处详述的，还可以提供预制芯，在一侧具有格栅，其随后将结合到蒙皮。参考图10可以理解的示例性应用可以包括圆柱体(机身)，其中预制的内部格栅嵌入芯中，以完成外部蒙皮(通过带或长丝缠绕)，或者预制的圆柱形蒙皮，然后是带格栅的芯，并使用外部蒙皮(例如全[90]或接近[90]绕组)对组件施加压力以进行最终共固化。
为了重申并保持图7，还应当理解，当(格栅部件的)肋正交时，有限长度的带225的端部将相对于带的长度或纵轴是方形或法向(即，直角)取向的。当肋并非正交时，带中的切口(或其有限长度版本的端部)将不是方形的。使用传统的带的分配程序(即带铺设头等)，这种性质的非方形切口或末端难以适应。因此，矩形或正方形-正方形格栅(角度为[±45])更为常见。
通过使用有限长度的带——无论是带有预成角度的端部还是圆形端部(用于以任何期望的角度进行分配)，都可以实现非方形或矩形格栅结构。如前所述，圆形端部特别有利，因为它们是通用的而不是固定角度的，例如60度的角度(本文前面也提到过)，这必须与相应的负60度角肋或带匹配。至少由于这些复杂性，具有连续的带和不连续的插入物的格栅(再次参见图4)不能用正交带以外的格栅来轻易地制作。用有限长度的带制成的肋，特别是那些具有圆形甚至椭圆形末端的肋，克服了这些以及复杂性和障碍。
结合图8和图9可以进一步理解这一点。在图8中，正方形或矩形格栅的刚度分量被描述为L/H的函数，其中，L是第一个方向上的接头之间的长度，H是在垂直于(如图所示)第一方向的第二方向上的(格栅的)接头之间的长度。为了确定非方形格栅(包括矩形格栅)的刚度分量，可以通过它们的变换或轨迹划分来推导。通常，格栅的轨迹将是相同材料的复合铺层的大约88％。因此，随着L/H纵横比的变化，可以实现刚度和轨迹的变化。如图所示，最佳纵横比可以在0.2到5.0的范围内。这可能证明是有利的，这取决于特定应用所需的刚度特性(参见例如图10的容器)。
图8中所示的方形和矩形格栅是一类格栅结构。它们的优势可能是抵抗纵向压缩载荷，例如火箭弹壳。一个典型的优点是所有的接头都是90度。有限长度的复合材料带可以具有方形端部，但矩形格栅的示例性缺点是在有限长度的带中需要具有两个不同长度，因为矩形格栅中的接头之间的距离不同。只有在方形格栅中，它们是相等的，这就产生了双轴格栅，它们的优点和应用，如图9所示。
具体地，在图9中，示出了[±45]格栅(无论是矩形还是正方形)的示例性延伸，与一般的有角度的或双轴格栅相关。与方形或矩形格栅一样，刚度和其他相关材料特性可能会沿格栅结构在不同方向上变化，具体取决于为双轴格栅选择的角度。与连续的带及其所需的插入物相比，有限长度不连续的带的使用进一步增强了材料特性，如本文先前详述的。双轴格栅角的范围可以从0到90度，尽管如本文别处详述的，20到70度的范围通常是最佳的。更进一步的最佳可以是从22.5度到67.5度的范围。
在某些实施例中，还可以相对于由不连续的带225形成的肋(见图11)添加夹心芯250，从而显着增加抗弯刚度并且避免构建超高肋的困难。因此，新的格栅/蒙皮可以是带有可以是铝或塑料蜂窝或任何轻质塑料或复合材料的芯的一种。在格栅/蒙皮的构建中，蒙皮121(再次参见图11)可以首先放置在工具上。这种蒙皮可以预先固化或未固化，随后进行树脂灌注。然后可以将芯部250放置在蒙皮121上方。芯部250可以是实心件，或者可以是具有类似格栅的切口的形状。然后将(来自不连续的带225的)格栅放置在夹心芯250的顶部上，或者通过具有不连续的插入物的连续的带的已建立的方法，或者通过本文先前描述的创新性地描述的双长度不连续的带。在图11所示的示例中，芯是总高度的72％，格栅是总高度的18％，蒙皮是总高度的10％。芯/格栅的面积百分比为25％。当然可以使用不同的高度、面积和/或重量百分比。
蒙皮和格栅之间由芯部分隔，避免了建造额外高肋的困难。随着干带的堆叠，在既定的工艺中，很难超过已经完成的35层。在插入工具以将肋固定到位之前，肋的壁不能保持直立。由于芯位于蒙皮和格栅之间，芯的高度可以是任意高度。芯上方所需的肋的高度可以大大降低。它就像夹心板的蒙皮。只需要非常薄的蒙皮。这个新概念中的格栅不需要非常高的肋。宽肋也可以像窄肋一样容易铺设。这是一个非常稳定的状态。格栅和蒙皮现在将像一个夹心板。它比开放式结构之间的夹层结构更容易检查和维修。并且使用格栅，附件或硬点可以更容易地容纳。传统的夹心板不能在没有用灌封化合物填充蜂窝单元的情况下容纳硬点。这可以在制造面板时完成。但是将灌封化合物添加到现有的夹芯板是一项非常艰巨的任务。使用格栅，这是一项容易得多的任务。固化后，作为肋的一部分提取的芯可以通过刳刨机去除。带芯和复合肋帽的肋侧面的光洁度可以是方形和光滑的。在接头处，可以有圆角而不是尖角。
并入芯的示例性优点是制造成本的降低。格栅和蒙皮的横截面面积与格栅/蒙皮的平面内刚度和强度成线性比例，无论有无芯都基本相同。但是建立一个高的肋通常是一个挑战。高度较低的肋更容易构建和固定在其所需的方向。使用芯，可以更轻松地在不损失结构完整性的情况下建造更高的肋。为了获得更高的弯曲刚度，与夹芯板一样，添加芯是一种更有效的方法。同样值得注意的是，格栅/芯/蒙皮结构可以通过自动化、大件制成，无需紧固件。传统的框架/纵梁和翼梁/肋非常复杂，自动化非常有限，并且经常需要使用紧固件。
铺设和/或分配程序
如前所述，在某些实施例中，有限长度或不连续的带可具有完全新颖的带的分配方法。而不是带铺设头(或头)。事实上，有限长度不连续的带的一个示例性和非限制性优点是它们可以预制并堆叠在分配器中，从而通过铺设或递减来构建格栅(在渐薄的示例中(参见图7)一次一层，然后移动到另一个位置进行下一次递减，遵循交错模式(同样，如图6所示)，这会导致整个复合材料层合板的不连续性间距分布更均匀。
以这种方式分配，连同可用的变化(例如，成角度的格栅、用于可变角度的圆形带端等)使得能够在复杂的三维结构上，以变化的螺旋角的方式，进行铺设，如图10所示。更进一步地，本文描述的有限长度的带的各种实施例表现出与具有不连续的插入物的连续肋的那些的材料特性(例如，刚度、强度等)相当的材料特性。然而，在连续肋/不连续的插入物结构中，诸如接头强度之类的材料特性由插入物决定。使用有限长度的带消除了这种限制，这样可以提供相同数量的接头，但分布更均匀，提供相同或增强的强度。
有限长度的带的分配也需要不同的机器。提供分配器(在某些情况下是自动化的)，而不是高价的带铺设或纤维铺放机，来分配预切的条带。这些条带(即，本文通篇详述的有限长度的带)可以具有不同于90度或方形切口(即末端)的角度。带的末端也可以以任何角度切割(即，通过分配器，以实时方式，或在分配之前)，如本文之前详述的那样。端部可替代地是圆形的或以其他方式成形以适应用户对任何角度的选择。分配器可以在部件移动时固定，也可以相反。
此外，获得具有恒定厚度的面板对于与大型结构内的其他部件的组装要容易得多。示例包括要连接到机身和/或螺旋缠绕圆柱体和头部的地板横梁/面板，如图10所示。此外，像格栅/芯/蒙皮这样的开放式结构易于检查并且还可以容纳水以及空气管道和电线导管和设备，以穿透芯而不影响地板面板和/或其他结构的性能。在机身蒙皮的情况下，额外的外部蒙皮可以添加到格栅中。因此，有一个内部蒙皮来承受内部压力，芯提供平面内和弯曲刚度之间的所需平衡，提供损伤容限的格栅(如惠灵顿轰炸机)，以及可以通风的外蒙皮为层流提供屏蔽。此外，在没有紧固件的情况下，蒙皮的重量可以是最小的。对于薄层，该规格可以小得多并且可以减少屈曲，因为肋可以限制临界长度。
总之，示例性的益处和优点包括超轻重量(小于铝的30％，具有相同的强度和损伤容限)、自动化生产可行性、易于检查和维修的开放式结构、硬点或表面的灵活性、干净的面板，厚度均匀，易于组装，易于容纳外部特征，如管道、管道和/或导管，格栅、芯和蒙皮中的所有组件从翼根到尖端易于渐薄以减轻重量，制造中的废料最少，单层或双层的选择，一层或两层蒙皮使用单个双层或双个双层结构，使用薄的或厚的铺层，所以无论是单个双层或双个双层结构都只需要1轴叠层(不需要交叉铺层)，减少层叠时间。
由机翼中的翼梁和肋以及机身中的圆形框架和纵向加强件构成的子结构也可以由格栅结构，特别是使用根据本文所述的各种实施例的有限长度的带的那些格栅结构，来代替。一个典型的区别是格栅在同一平面上共用它们的接头，而传统的子结构不共用它们的接头。相交的结构构件未连接。事实上，一个构件系统需要“小孔(mousehole)”，该小孔位于另一构件之下。例如，这是在机身中完成的(以类比方式参见图10)，其中圆形框架被切割以允许像加强筋这样的横梁穿过。对于铝结构来说，这种做法是可以接受的，因为加工“小孔”相对容易，而且铝具有固有的可塑性，孔的切割的损失是最小的。与此形成鲜明对比的是，对于复合材料框架，这种切割可能会改变框架的层合设计，从而增加结构的重量和成本。另一方面，格栅不存在同样的问题。交叉肋合并成一个格栅。事实上，与两个交叉子结构构件完全分离的情况相比，如机身中的框架和加强筋的情况，接头是互锁的并提供额外的刚度。接头是格栅网络损伤容限的来源之一，其额外的均匀分布——通过利用根据本文的各种实施例描述的有限长度的带——进一步增强了这些(和其他)示例性期望特性。
结论
受益于前述描述和相关附图中呈现的教导，本发明所属领域的技术人员将想到这里阐述的本发明的许多修改和其他实施例。因此，应当理解，本发明不限于所公开的特定实施例，并且这些修改和其他实施例旨在包括在所附权利要求的范围内。尽管此处使用了特定术语，但它们仅用于一般和描述性意义，而不是出于限制目的。

Claims (52)

1.一种用于复合材料层合板结构的复合材料格栅结构，所述格栅结构包括：
若干铺层，所述若干铺层中的每一铺层包括沿第一方向取向的若干第一细长带和沿第二方向取向的若干第二细长带，所述第二方向从所述第一方向偏离至少25度的角度；
其中：
所述若干铺层中的一个铺层中的所述若干第一细长带中的每一者具有在所述若干第一细长带中的每一者的相对端之间延伸的第一长度以及在所述相对端中间的第一中点；
所述若干铺层中的一个铺层中的所述若干第二细长带中的每一者具有在所述若干第二细长带中的每一者的相对端之间延伸的第二长度以及在所述相对端中间的第二中点；
所述第一长度与所述第二长度相同；
所述若干第一细长带中的每一者的相对端被定位成与所述若干第二细长带中相邻定位的第二细长带的所述第二中点的相对侧相邻，以限定第一接合位置；以及
所述若干第二细长带中的每一者的相对端被定位成与所述若干第一细长带中相邻定位的第一细长带的所述第一中点的相对侧相邻，以便以交错的接头构造限定第二接合位置。
2.如权利要求1所述的复合材料格栅结构，其中，所述若干铺层包括至少六个不同的铺层，所述若干第一和第二细长带中的每一者相对于彼此交错。
3.如权利要求1所述的复合材料格栅结构，其中，所述第一方向与所述第二方向之间的夹角介于20度与70度之间。
4.如权利要求1所述的复合材料格栅结构，其中，所述第一方向与所述第二方向之间的夹角介于22.5度与67.5度之间。
5.如权利要求1所述的复合材料格栅结构，其中，所述第一方向与所述第二方向之间的夹角介于25度与65度之间。
6.如权利要求1所述的复合材料格栅结构，其中，所述第一方向与所述第二方向之间的夹角为45度。
7.如权利要求1所述的复合材料格栅结构，其中，所述第一方向与所述第二方向之间的夹角为90度。
8.如权利要求1所述的复合材料格栅结构，其中，第一长度和第二长度之间的纵横比在0.2到5.0的范围内，其中，所述纵横比为第一方向上的接头之间的第一长度与垂直于所述第一方向的第二方向上的接头之间的第二长度的比值。
9.如权利要求1所述的复合材料格栅结构，其中，所述第一长度和所述第二长度中的至少一者是(2L-b)，其中(L)是由相邻定位的第一和第二细长带所限定的每个格栅开口的尺寸，并且其中(b)是所述第一细长带和所述第二细长带的宽度。
10.如权利要求1所述的复合材料格栅结构，其中，
所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者具有在所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者的相对端之间并且沿着其长度延伸的纵轴，并且
所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者的相对端相对于所述第一细长带和所述第二细长带的所述纵轴被正交地切割。
11.如权利要求1所述的复合材料格栅结构，其中，
所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者具有在所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者的相对端之间并且沿着其长度延伸的纵轴，并且
所述第一细长带和所述第二细长带中的至少一部分的相对端相对于所述第一细长带和所述第二细长带的所述纵轴成非正交角的方式切割。
12.如权利要求11所述的复合材料格栅结构，其中，所述非正交角的范围为25至65度。
13.如权利要求1所述的复合材料格栅结构，其中，
所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者具有在所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者的相对端之间并且沿着其长度延伸的纵轴，并且
所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者的相对端具有相对于所述第一细长带和所述第二细长带的所述纵轴的半圆的圆形形状。
14.如权利要求13所述的复合材料格栅结构，其中，所述半圆的圆形形状是椭圆的。
15.如权利要求1所述的复合材料格栅结构，其中，所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者具有在所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者的相对端之间并且沿着其长度延伸的纵轴，并且所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者的所述相对端具有相对于所述第一细长带和所述第二细长带的所述纵轴的三角形形状。
16.如权利要求1所述的复合材料格栅结构，其中，在所述若干铺层中的单个铺层中的所述第一接合和所述第二接合位置分别在所述第一方向和所述第二方向上相对于彼此交错。
17.如权利要求1所述的复合材料格栅结构，其中，所述若干铺层被构造成符合三维表面模型。
18.如权利要求17所述的复合材料格栅结构，其中，所述三维表面模型是机身、机翼结构或火箭中的至少一种。
19.如权利要求1所述的复合材料格栅结构，进一步包括蒙皮部件，其中，所述蒙皮部件包括沿第三方向取向的若干第三细长带以及沿第四方向取向的若干第四细长带，所述第四方向从所述第三方向偏离至少25度的角度，并且所述蒙皮部件在邻近所述格栅部件的所述若干铺层中的一个外部铺层处定位。
20.如权利要求19所述的复合材料格栅结构，其中，所述第三方向与所述第四方向之间的夹角介于15度与85度之间且不同于所述第一方向与所述第二方向之间的所述夹角。
21.如权利要求19所述的复合材料格栅结构，其中，所述若干第三或第四细长带中的至少一者的相对端相对于所述第三细长带和所述第四细长带的纵轴非正交地切割。
22.如权利要求19所述的复合材料格栅结构，其中，所述若干第三或第四细长带中的至少一个的相对端是圆形的。
23.如权利要求19所述的复合材料格栅结构，其中，所述蒙皮部件邻近所述格栅部件的所述若干铺层中的两个相对的外部铺层处定位。
24.一种复合材料层合板结构，包括：
具有若干铺层的格栅部件，所述若干铺层中的每一个铺层包括沿第一方向取向的若干第一细长带以及沿第二方向取向的若干第二细长带，所述第二方向从所述第一方向偏离至少25度的第一角度；以及
蒙皮部件，包括沿第三方向取向的若干第三细长带和沿第四方向取向的若干第四细长带，所述第四方向从所述第三方向偏离至少25度的第二角度，所述第二角度与所述第一角度不同；
其中：
所述若干铺层中的一个铺层中的所述若干第一细长带中的每一者具有在所述若干第一细长带中的每一者的相对端之间延伸的第一长度以及在所述相对端中间的第一中点；
所述若干铺层中的一个铺层中的所述若干第二细长带中的每一者具有在所述若干第二细长带中的每一者的相对端之间延伸的第二长度以及在所述相对端中间的第二中点；
所述若干第一细长带中的每一者的相对端被定位成与所述若干第二细长带中相邻定位的第二细长带的所述第二中点的相对侧相邻，以限定第一接合位置；
所述若干第二细长带中的每一者的相对端被定位成与所述若干第一细长带中相邻定位的第一细长带的所述第一中点的相对侧相邻，以便以交错的接头构造限定第二接合位置；以及
所述蒙皮部件在邻近所述格栅部件的所述若干铺层中的一个外铺层处定位。
25.如权利要求24所述的复合材料层合板结构，其中：
所述第一方向与所述第二方向之间的夹角介于20度与70度之间；以及
所述第三方向与所述第四方向之间的夹角介于15度与85度之间。
26.如权利要求24所述的复合材料层合板结构，其中，所述第三方向与所述第四方向之间的夹角为90度或45度。
27.如权利要求24所述的复合材料层合板结构，其中，第一长度和第二长度之间的纵横比在0.2到5.0的范围内，其中，所述纵横比为第一方向上的接头之间的第一长度与垂直于所述第一方向的第二方向上的接头之间的第二长度的比值。
28.如权利要求27所述的复合材料层合板结构，其中：
所述第一长度和所述第二长度中的至少一者是(2L-b)，其中(L)是由相邻定位的第一和第二细长带所限定的每个格栅开口的尺寸，并且其中(b)是所述第一细长带和所述第二细长带的宽度；以及
所述第三细长带和所述第四细长带的各自长度与所述第一细长带和所述第二细长带的所述长度相同。
29.如权利要求24所述的复合材料层合板结构，其中，所述细长带的每一者具有在所述细长带的每一者的相对端之间并沿其长度延伸的纵轴，并且所述细长带的所述相对端以相对于所述纵轴成非正交角的方式切割。
30.如权利要求29所述的复合材料层合板结构，其中，所述非正交角的范围为25至65度。
31.如权利要求24所述的复合材料层合板结构，其中，所述第一细长带、所述第二细长带、所述第三细长带和所述第四细长带中的每一者具有在所述细长带中的每一者的相对端之间并且沿着其长度延伸的纵轴，并且所述细长带的每一者的所述相对端具有相对于所述纵轴的半圆形形状。
32.如权利要求31所述的复合材料层合板结构，其中，所述半圆形形状是椭圆形的。
33.如权利要求24所述的复合材料层合板结构，其中，在所述若干铺层中的单个铺层中的所述第一接合和所述第二接合位置分别在所述第一方向和所述第二方向上相对于彼此交错。
34.如权利要求24所述的复合材料层合板结构，其中，所述蒙皮部件包括两个蒙皮部件，所述两个蒙皮部件中的相应一个在邻近所述格栅部件的所述若干铺层的两个对应且相对的外铺层处定位。
35.一种用于复合材料层合板结构的格栅结构，所述格栅结构包括：
单个铺层，所述单个铺层包括沿第一方向取向的一组第一细长带和沿第二方向取向的一组第二细长带，所述第二方向从所述第一方向偏离至少25度的角度；
其中：
所述第一细长带中的每一者具有在所述第一细长带中的每一者的相对端之间延伸的第一长度以及位于所述相对端中间的第一中点；
所述第二细长带中的每一者具有在所述第二细长带中的每一者的相对端之间延伸的第二长度以及位于所述相对端中间的第二中点；
所述第一长度与所述第二长度相同；
所述第一细长带的相对端被定为成与所述第二细长带中相邻定位的第二细长带的所述第二中点的相对侧相邻，以限定第一接合位置；以及
第二细长带的相对端被定位成与所述第一细长带中的相邻定位的第一细长带的所述第一中点的相对侧相邻，从而以交错的接头构造限定第二接合位置。
36.一种制造复合材料格栅结构的方法，所述方法包括以下步骤：
通过分配沿第一方向取向的第一组第一细长带和沿第二方向取向的第二组第二细长带来形成第一铺层，所述第二方向从所述第一方向偏离至少25度的角度；以及
通过分配沿所述第一方向取向的第三组第一细长带和沿所述第二方向取向的第四组第二细长带来形成第二铺层；
其中：
所述铺层中的一者的所述第一细长带中的每一者具有在所述第一细长带中的每一者的相对端之间延伸的第一长度以及位于所述相对端中间的第一中点；
所述铺层中的一者的所述第二细长带中的每一者具有在所述第二细长带中的每一者的相对端之间延伸的第二长度以及位于所述相对端中间的第二中点；
所述第一长度与所述第二长度相同；
所述分配使得所述第一组和第三组细长带中的每一者的相对端被定位成与所述第二组和第四组细长带中的相邻定位的细长带的所述第二中点的相对侧相邻，以限定第一接合位置；以及
所述第二组和第四组细长带中的每一者的相对端被定位成与所述第一组和第三组细长带中的相邻定位的细长带的所述第一中点的相对侧相邻，从而以交错的接头构造限定第二接合位置。
37.如权利要求36所述的方法，进一步包括分配蒙皮部件的步骤，所述蒙皮部件包括在第三方向上定向的一组第五细长带和在第四方向上定向的一组第六细长带；所述第四方向从所述第三方向偏离至少25度的角度；并且所述第五细长带和所述第六细长带被定位成仅与所述格栅部件的所述第二铺层相邻。
38.如权利要求36所述的方法，进一步包括分配蒙皮部件的步骤，所述蒙皮部件包括沿第三方向取向的一组第五细长带以及沿第四方向取向的一组第六细长带；所述第四方向从所述第三方向偏离至少25度的角度；并且所述第五细长带和所述第六细长带被定位成与所述格栅部件的所述第一铺层和所述第二铺层的相对侧相邻。
39.如权利要求36所述的方法，其中，所述第一方向与所述第二方向之间的夹角介于20度与70度之间。
40.如权利要求36所述的方法，其中，所述第一方向与所述第二方向之间的夹角为90度或45度。
41.如权利要求36所述的方法，其中，第一长度和第二长度之间的纵横比在0.2到5.0的范围内，其中，所述纵横比为第一方向上的接头之间的第一长度与垂直于所述第一方向的第二方向上的接头之间的第二长度的比值。
42.如权利要求41所述的方法，其中，所述第一长度和所述第二长度各为(2L-b)，其中，(L)是由相邻定位的第一和第二细长带所限定的每个格栅开口的尺寸，并且其中，(b)是所述第一细长带和所述第二细长带的宽度。
43.如权利要求36所述的方法，其中，所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者具有在所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者的相对端之间并且沿着其长度延伸的纵轴，在分配过程中，所述第一细长带和所述第二细长带的至少一部分的相对端相对于所述第一细长带和所述第二细长带的所述纵轴成非正交角的方式切割。
44.如权利要求43所述的方法，其特征在于，所述非正交角的范围为25至65度。
45.如权利要求36所述的方法，其中，所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者具有在所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者的相对端之间并且沿着其长度延伸的纵轴，在分配过程中，所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者的相对端以相对于所述第一细长带和所述第二细长带的所述纵轴为圆形形状的方式切割，以便将带以各种非正交或正交角度中的任意角度相对于彼此定位。
46.如权利要求36所述的方法，其中，在所述铺层中的单个铺层中的所述第一接合和所述第二接合位置分别在所述第一方向和所述第二方向上相对于彼此交错。
47.一种形成复合材料层合板结构的方法，所述方法包括以下步骤：
通过分配沿第一方向取向的第一组第一细长带和沿第二方向取向的第二组第二细长带来形成第一铺层，所述第二方向从所述第一方向偏离至少25度的角度；
通过分配沿所述第一方向取向的第三组第一细长带和沿所述第二方向取向的第四组第二细长带来形成第二铺层；以及
形成蒙皮部件，所述蒙皮部件包括在第三方向上定向的一组第五细长带和在第四方向上定向的一组第六细长带的蒙皮部件，所述第四方向从所述第三方向偏离至少25度的角度；其中：
所述铺层中的一者的所述第一细长带中的每一者具有在所述第一细长带中的每一者的相对端之间延伸的第一长度以及位于所述相对端中间的第一中点；
所述铺层中的一者的所述第二细长带中的每一者具有在所述第二细长带中的每一者的相对端之间延伸的第二长度以及位于所述相对端中间的第二中点；
所述分配使得所述第一组和第三组细长带中的每一者的相对端被定位成与所述第二组和第四组细长带中的相邻定位的细长带的所述第二中点的相对侧相邻，以限定第一接合位置；
所述第二组和第四组细长带中的每一者的相对端被定位成与所述第一组和第三组细长带中的相邻定位的细长带的所述第一中点的相对侧相邻，从而以交错的接头构造限定第二接合位置；以及
所述第五细长带和所述第六细长带定位成与限定邻近格栅部件的蒙皮组件的所述第一铺层和所述第二铺层中的一个或另一个相邻。
48.如权利要求47所述的方法，其中，所述第一方向与所述第二方向之间的夹角介于20度与70度之间。
49.如权利要求47所述的方法，其中，第一长度和第二长度之间的纵横比在0.2到5.0的范围内，其中，所述纵横比为第一方向上的接头之间的第一长度与垂直于所述第一方向的第二方向上的接头之间的第二长度的比值。
50.如权利要求49所述的方法，其中，所述第一长度和所述第二长度各为(2L-b)，其中，(L)是由相邻定位的第一和第二细长带所限定的每个格栅开口的尺寸，并且其中，(b)是所述第一细长带和所述第二细长带的宽度。
51.如权利要求47所述的方法，其中，所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者具有在所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者的相对端之间并且沿着其长度延伸的纵轴，在分配过程中，所述第一细长带和所述第二细长带的至少一部分的相对端相对于所述第一细长带和所述第二细长带的所述纵轴成非正交角的方式切割。
52.如权利要求47所述的方法，其中，所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者具有在所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者的相对端之间并且沿着其长度延伸的纵轴；
在分配过程中，所述第一细长带和所述第二细长带中的每一者的相对端以相对于所述第一细长带和所述第二细长带的所述纵轴为圆形形状的方式切割，以便将带以各种非正交或正交角度中的任意角度相对于彼此定位。
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