ES2551241T3 - Disposición de unión de piezas de material compuesto reforzada direccionalmente - Google Patents

Disposición de unión de piezas de material compuesto reforzada direccionalmente Download PDF

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Abstract

Disposición de unión de piezas de material compuesto reforzada direccionalmente en la que, en la zona de unión, al menos una de dichas piezas (1 1 ) es una pieza reforzada direccionalmente cuyo apilado comprende paquetes de telas (13, 13', 13") con la dirección óptima para efectuar la transferencia de cargas en la unión, insertos entre al menos una tela continua (15) a lo largo de dicha zona de unión, teniendo cada uno de esos paquetes de telas (13, 13', 13") distinta longitud de manera que dicha pieza reforzada direccionalmente (1 1 ) quede estructurada en la zona de unión en tramos (17, 17', 17") con un número diferente de paquetes de telas (13, 13', 13").

Description

E11784727
26-10-2015
DESCRIPCIÓN
Disposición de unión de piezas de material compuesto reforzada direccionalmente
Campo de la invención
5 La presente invención se refiere a una disposición de unión de piezas de material compuesto y, más en particular, a una disposición de unión de piezas de material compuesto, altamente cargada, de una estructura aeronáutica, tal y como se muestra en la solicitud WO 2008/109763 que se considera el estado de la técnica más cercano.
10 Antecedentes de la invención
En la actualidad y particularmente en la industria aeronáutica se utilizan de forma masiva materiales compuestos de matriz orgánica y fibras continuas principalmente basadas en resinas epoxídicas y fibras de carbono en una gran diversidad de elementos estructurales.
Las estructuras aeronáuticas exigen, como es bien conocido, la integración de diversos elementos
15 estructurales. Por ejemplo, los fuselajes requieren la integración del revestimiento con diversos elementos estructurales tales como vigas, cuadernas o larguerillos. A diferencia de lo que sucedía cuando se utilizaban materiales metálicos en los que prácticamente solo existía la opción de uniones mecánicas para la integración de los diversos elementos estructurales de un determinado componente, los materiales compuestos permiten que esa integración pueda realizarse también mediante uniones químicas.
20 Las disposiciones de unión de componentes primarios de una aeronave realizados en material compuesto, efectuadas directamente ó utilizando placas intermedias, plantean diversos problemas para lograr una transmisión eficiente de la carga entre dichos componentes al tratarse de disposiciones de unión altamente cargadas.
Un ejemplo de esa problemática es el planteado en el documento US 2009065644 en relación con la
25 disposición de unión de los revestimientos del ala de aeronave con el cajón central del ala en la que es necesario asegurar una buena transferencia de carga de las alas al cajón central y desde el cajón central al resto de la estructura.
En ese documento se menciona la utilización de estructuras mixtas (metálicas y de materiales compuestos) en este tipo de disposiciones de unión y, en particular, la utilización de placas intermedias metálicas (“splice
30 plates”).
Sería deseable sin embargo poder utilizar exclusivamente componentes de materiales compuestos en ese ú otros tipos de disposiciones de unión y la presente invención está orientada a la atención de esa demanda.
Sumario de la invención
35 Un objeto de la presente invención es proporcionar una disposición de unión de dos o más piezas de material compuesto sin utilizar piezas intermedias de materiales metálicos.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar una disposición de unión de dos o más piezas de material compuesto que consiga una transferencia de carga escalonada y optimizada entre las piezas.
Estos y otros objetos se consiguen mediante una disposición de unión remachada entre piezas de material
40 compuesto en la que, en la zona de unión, al menos una de las piezas es una pieza reforzada direccionalmente cuyo apilado comprende paquetes de telas, con la dirección óptima para efectuar la transferencia de cargas en la unión, insertos entre al menos una tela continua a lo largo de dicha zona de unión, teniendo cada uno de esos paquetes de telas distinta longitud de manera que dicha pieza reforzada direccionalmente quede estructurada en la zona de unión en tramos con un número diferente de paquetes de
45 telas.
En una realización preferente, el máximo número de telas juntas, tanto en la misma dirección como en distinta dirección, en cada uno de dichos paquetes es de cuatro. Se consigue con ello una disposición de unión en la que se utilizan paquetes de telas conformes con principios de diseño convencionales.
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En una realización preferente, dicha pieza tiene, en la zona de unión, una configuración escalonada entre tramos de diferente espesor. Se consigue con ello una configuración apropiada para ciertas disposiciones de unión.
En otra realización preferente, los extremos de los paquetes de telas en la zona de unión se configuran con 5 una pendiente mínima de 1:20. Se consigue con ello facilitar el apilado de piezas con zonas de unión de configuración escalonada.
En otra realización preferente, la disposición de unión comprende dos piezas reforzadas direccionalmente con la misma estructura del apilado en la zona de unión, incluyendo paquetes de telas y telas continuas, aunque con una diferente orientación de manera que se produzca una unión solapada entre ellas con un mismo
10 número total de paquetes de telas en cada tramo de la unión. Se consigue con ello una disposición de unión compensada entre dos piezas.
En otra realización preferente, la disposición de unión comprende una pieza reforzada direccionalmente y una pieza de espesor constante en la zona de unión, estando los remaches dispuestos en los tramos de la pieza reforzada direccionalmente con un número diferente de paquetes de telas de manera que se efectúa una
15 transferencia escalonada de cargas. Se consigue con ello, una disposición de unión con una transferencia escalonada de cargas entre dos piezas.
En otra realización preferente, la disposición de unión comprende una pieza reforzada direccionalmente y dos piezas de espesor constante en la zona de unión, estando los remaches dispuestos en los tramos de la pieza reforzada direccionalmente con un número diferente de paquetes de telas de manera que se efectúa una
20 transferencia escalonada de cargas. Se consigue con ello, una disposición de unión con una transferencia escalonada de cargas entre tres piezas.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de una realización ilustrativa de su objeto en relación con las figuras que le acompañan.
25 Descripción de las figuras
La Figura 1 es una vista esquemática en sección transversal de una pieza reforzada direccionalmente de configuración escalonada utilizada en disposiciones de unión según la presente invención.
La Figura 2 es una vista esquemática en sección transversal de una disposición de unión entre dos piezas reforzadas direccionalmente según la presente invención.
30 La Figura 3 es una vista esquemática en sección transversal de una disposición de unión entre una pieza reforzada direccionalmente y una pieza de espesor constante según la presente invención.
La Figura 4 es una vista esquemática en sección transversal de una disposición de unión entre una pieza reforzada direccionalmente y dos piezas de espesor constante según la presente invención.
35 Descripción detallada de la invención
La idea básica de la presente invención es la utilización de piezas reforzadas direccionalmente de material compuesto en lugar de piezas de materiales mecánicos en disposiciones de unión de piezas de material compuesto y en particular en disposiciones de unión altamente cargadas de componentes de materiales compuesto de, particularmente, estructuras aeronáuticas.
40 En la realización preferente ilustrada en la Figura 1 el apilado de la pieza reforzada direccionalmente 11, configurada escalonadamente, comprende tres paquetes de telas 13, 13’, 13’’ de distinta longitud insertos entre telas continuas 15 de manera que se forman tres tramos escalonados 17, 17’, 17’’ con un número diferente de paquetes de telas.
La aptitud de dicha pieza reforzada direccionalmente 11 para sustituir a una pieza metálica en una disposición 45 de unión de piezas de material compuesto viene dada por dos características básicas:
-
Las telas de los paquetes de telas 13, 13’, 13’’ están orientadas con la dirección óptima para efectuar la transferencia de carga en la unión.
-
La estructura en tramos 17, 17’, 17’’ de diferente espesor y rigidez facilita una transferencia gradual de cargas.
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En una realización preferente, se utilizan cuatro telas juntas en la misma dirección en dichos paquetes 13, 13’, 13’’. Se considera que cuatro es el máximo número de telas juntas que puede haber en un paquete según los principios de diseño. En otras realizaciones se podría utilizar un menor número de telas juntas en un paquete. En función del número de telas juntas que se utilice se consigue optimizar el efecto del refuerzo.
5 En realizaciones preferentes de configuración escalonada, como todas las ilustradas en las Figuras, los extremos de los paquetes de telas 13, 13’, 13’’ se configuran con una pendiente mínima de 1:20 con la finalidad de facilitar el apilado de las piezas.
Describiremos a continuación tres disposiciones de unión distintas utilizando piezas reforzadas direccionalmente.
10 En la Figura 2 se representa una unión solapada entre dos piezas reforzadas direccionalmente 11, 21 (que pueden ser los bordes extremos de dos componentes de una estructura aeronáutica) con, respectivamente, paquetes de telas 13, 13’, 13’’; 23, 23’, 23’’ insertos entre telas continuas 15, 25. Con esa disposición se consigue una unión compensada entre dichas piezas 11, 21 ya que los remaches 27, 27’, 27’’ están dispuestos en tramos 17, 17’, 17’’ de la zona de unión de las piezas 11, 21 que comprenden un mismo
15 número de paquetes de telas: el remache 27 afecta a los paquetes de telas 23, 23’; el remache 27’ afecta a los paquetes de telas 23, 13’’; el remache 27’’ afecta a los paquetes 13’, 13’’.
En la Figura 3 se representa una unión escalonada entre una pieza reforzada direccionalmente 11 y una pieza 31 de espesor constante. Con esa disposición se consigue una transferencia gradual de cargas a través, especialmente, de los remaches 27, 27’, 27’’ que afectan, respectivamente, a los paquetes de telas 13’’, 13’,
20 13; 13’’, 13’; 13’’.
En la Figura 4 se representa una unión escalonada entre una pieza reforzada direccionalmente 11 y dos piezas 31, 41 de espesor constante. Con esa disposición se consigue una transferencia gradual de cargas a través, especialmente, de los remaches 27, 27’, 27’’ que afectan, respectivamente, a los paquetes de telas 13’’, 13’, 13; 13’’, 13’; 13’’.
25 Entre otras, la presente invención tiene las siguientes ventajas:
- Permite optimizar las disposiciones de unión de piezas de materiales compuestos al utilizar las mencionadas piezas reforzadas direccionalmente con un diseño estructuralmente óptimo para la disposición de unión en cuestión.
- Permite optimizar la transferencia de carga en la disposición de unión, evitando la aparición de 30 defectos en las piezas de material compuestos.
- Reduce los problemas de las disposiciones de unión de piezas de distintos materiales derivados de eventuales incompatibilidades entre ellos.
Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro de su alcance, no considerando éste como
35 limitado por las anteriores realizaciones, sino por el contenido de las reivindicaciones siguientes.
4

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1.- Disposición de unión remachada que comprende:
    - una primera pieza (11) realizada en material compuesto;
    5 - una segunda pieza (21, 31, 41) realizada en material compuesto; y
    - remaches (27, 27’, 27’’);
    caracterizada por que, en la zona de unión, al menos una de dichas piezas (11) es una pieza reforzada direccionalmente cuyo apilado comprende:
    -paquetes de telas (13, 13’, 13’’) con la dirección óptima para efectuar la transferencia de cargas en la 10 unión, dichos paquetes de telas estando constituidos por telas unidas y donde cada uno de dichos paquetes de telas (13, 13’, 13’’) tiene una longitud distinta,
    -telas continuas (15) que se extienden a lo largo de dicha zona de unión,
    -donde los paquetes de telas (13, 13’, 13’’) están insertos entre las telas continuas (15) de manera que dicha pieza reforzada direccionalmente (11) quede estructurada en la zona de unión escalonada 15 con tramos (17, 17’, 17’’) de diferente espesor con un número diferente de paquetes de telas (13,
    13’, 13’’).
  2. 2.- Disposición de unión remachada según la reivindicación 1, caracterizada por que el número máximo de telas en dichos paquetes de telas (13, 13’, 13’’) es de cuatro.
    20
  3. 3.- Disposición de unión remachada según la reivindicación 2, caracterizada por que los extremos de los paquetes de telas (13, 13’, 13’’) en la zona de la unión están configurados con una pendiente mínima de 1:20.
  4. 4.- Disposición de unión remachada según la reivindicación 3, caracterizada por que comprende dos piezas
    25 reforzadas direccionalmente (11, 21) con la misma estructura del apilado en la zona de unión, incluyendo paquetes de telas (13, 13’, 13’’; 23, 23’, 23’’) y telas continuas (15; 25), aunque con una diferente orientación de manera que se produzca una unión solapada entre ellas con un mismo número total de paquetes de telas (13’, 13’’; 13’’, 23’’; 23’’, 23’) en cada uno de los tramos (17, 17’, 17’’) de la unión.
    30 5.- Disposición de unión remachada según la reivindicación 3, caracterizada por que comprende una pieza reforzada direccionalmente (11) y una pieza (31) de espesor constante en la zona de unión, estando los remaches (27, 27’, 27’’) dispuestos en los tramos (17, 17’, 17’’) de la pieza reforzada direccionalmente (11) con un número diferente de paquetes de telas (13, 13’, 13’’) de manera que se efectúa una transferencia escalonada de cargas.
    35
  5. 6.- Disposición de unión remachada según la reivindicación 3, caracterizada por que comprende una pieza reforzada direccionalmente (11) y dos piezas (31, 41) de espesor constante en la zona de unión, estando los remaches (27, 27’, 27’’) dispuestos en los tramos (17, 17’, 17’’) de la pieza reforzada direccionalmente (11) con un número diferente de paquetes de telas (13, 13’, 13’’) de manera que se efectúa una transferencia
    40 escalonada de cargas.
    5
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