ES2558305T3 - Método para la colocación de cintas de material compuesto - Google Patents

Abstract

Un método para formar un miembro de material compuesto (14), comprendiendo el método: proporcionar una superficie de contorno (18) que corresponde en forma con un contorno deseado del miembro de material compuesto (14) para soportar una pluralidad de cintas alargadas (12) en una configuración sustancialmente paralela, incluyendo cada cinta una pluralidad de miembros de refuerzo dispuestos en un material de matriz; y disponer cada una de las cintas alargadas (12) a lo largo de una trayectoria (50) definida por una pluralidad de segmentos de trayectoria natural (58a, 58b, 58c), caracterizado por que cada segmento define un ángulo de compensación antinatural en relación con los segmentos adyacentes de la trayectoria y definiendo cada cinta (12) una pluralidad de porciones consecutivas correspondientes a los segmentos de trayectoria natural, de tal manera que un borde transversal de cada cinta alargada (12) se dispone dentro de un intervalo de distancia de compensación predeterminado desde una adyacente a una de las cintas.

Description

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dispositivo de almacenamiento electrónico. A partir de entonces, los puntos de datos, tales como los almacenados en la base de datos, se pueden utilizar para controlar el movimiento del aparato 10 para la disposición de las cintas de material compuesto 12 para formar el miembro compuesto 14. Por ejemplo, los puntos de datos se pueden utilizar para generar instrucciones características de los movimientos del aparato 10, y dichas instrucciones se

5 pueden almacenar en la memoria 44 o proporcionarse, de otro modo, para controlar el aparato 10 durante la fabricación del miembro de material compuesto 14.

Como se ha descrito anteriormente, cada uno de los segmentos 58 de cada una de las trayectorias 50 define una trayectoria natural que se extiende entre los puntos en los extremos opuestos de cada segmento 58; sin embargo, los segmentos 58 de cada trayectoria 50 en combinación no definen una trayectoria natural. Es decir, los segmentos 58 se unen en ángulos antinaturales. Por lo tanto, cada cinta 12 se puede disponer como una pluralidad de porciones, cada porción correspondiendo en longitud y posición con uno de los segmentos 58. Cada cinta 12 define porciones de forma continua. Es decir, cada cinta 12 puede ser continua y uniforme, sin interrupciones ni discontinuidades entre sus extremos e incluye una pluralidad de porciones entre los extremos de la cinta 12. Sin

15 embargo, entre cada par de porciones adyacentes, cada cinta 12 define un ángulo anti-natural, donde la cinta 12 diverge ligeramente de una trayectoria natural. Por lo tanto, cada cinta 12 se puede estresar ligeramente a los ángulos, aunque normalmente la cinta 12 no se estresa lo suficiente como para dar lugar a la formación de arrugas ya que la diferencia en el ángulo al que se dispone los segmentos adyacentes (y, por lo tanto, las porciones de cinta) es normalmente relativamente pequeña como se describe a continuación.

Los valores de los ángulos antinaturales son el resultado de la determinación de la configuración de cada segmento 58 de cada trayectoria 50. Cada ángulo antinatural se desvía en un ángulo que solo aparece a partir del ángulo que se produciría en una trayectoria natural que se extiende a través del mismo punto en la superficie de contorno 18. La cantidad de compensación de cada ángulo antinatural en relación con el ángulo natural que de otro modo se 25 definiría por una trayectoria natural en el mismo punto en la superficie de contorno 18 se puede limitar a un ángulo de compensación máximo. El ángulo de compensación máximo entre los segmentos (y, por lo tanto, entre las porciones de cinta) se puede ver afectado por el contorno en el que se conforma la cinta 12, las propiedades físicas de la cinta 12, la configuración del aparato 10, y similares. Por ejemplo, el ángulo de compensación máximo se puede ver afectado por la anchura, el grosor y la rigidez de la cinta 12; la cantidad de pegamento o pegajosidad de la cinta 12 y, por lo tanto, lo bien que la cinta 12 se adhiere a la capa subyacente; la configuración geométrica del dispositivo de compactación del aparato 10; y similares. Normalmente, el ángulo de compensación máximo entre los segmentos adyacentes 58 (y, por lo tanto, entre las porciones de cinta) es inferior a aproximadamente 3° o 4° y, más normalmente, inferior a aproximadamente 0,5°. En algunos casos, el ángulo de compensación máximo entre los segmentos adyacentes (y, por lo tanto, las porciones de cinta) 58 es inferior a aproximadamente 0,1° o incluso

35 menos de 0,001°.

Cada cinta 12 puede definir cualquier número de ángulos antinaturales y cualquier número de segmentos 58 (y, por lo tanto, de porciones de cinta) entre las mismas. Por ejemplo, el número de ángulos y trayectorias se puede determinar de acuerdo con la longitud de cada trayectoria de cada cinta, la complejidad de la trayectoria de la cinta, la desviación máxima deseada de la cinta de una trayectoria natural o la trayectoria de una cinta adyacente, y las características físicas del material de la cinta. En una realización típica de la presente invención, cada porción consecutiva de cada cinta tiene una longitud entre aproximadamente 7,6 cm (3 pulgadas) y 182,9 cm (6 pies), tales como una longitud entre aproximadamente 15,2 cm (6 pulgadas) y 91,4 cm (3 pies). Por lo tanto, en una realización, una cinta 12 que tiene una longitud de 548,6 cm (18 pies) podría tener entre aproximadamente 3 y 72 porciones 45 consecutivas (y, por lo tanto, entre aproximadamente 2 y 71 ángulos antinaturales entre las porciones consecutivas),

o entre aproximadamente 6 y 36 porciones consecutivas (y, por lo tanto, entre aproximadamente 5 y 35 ángulos antinaturales entre las porciones consecutivas). Se aprecia, sin embargo, que las diferentes cintas pueden definir diferentes números de porciones (y, por tanto, de segmentos 58) y los ángulos antinaturales que se requieren para lograr una configuración particular.

Como se ha descrito con referencia a las Figuras 4-8, las trayectorias 50 de las cintas 12 se determinan desde un punto de partida 54 entre los extremos 28, 30 de la superficie de contorno 18 y se calculan en direcciones opuestas hacia el exterior desde el punto de partida 54. El punto de partida 54 puede ser un punto medio de la trayectoria respectiva 50. En particular, la ubicación del punto de partida 54 para cada trayectoria 50 se puede determinar de

55 acuerdo con el punto medio de la trayectoria 50 previamente calculada. Como alternativa, el punto de partida 54 se puede situar lejos del punto medio, por ejemplo, más cerca de uno de los extremos 28, 30 de la superficie de contorno 18, o incluso en un extremo 28, 30 de la superficie de contorno 18 de tal manera que la trayectoria 50,a continuación, se puede determinar a lo largo de una sola dirección hacia el extremo opuesto 28, 30.

En una realización, el punto de partida 54 se sitúa próximo a una porción de la trayectoria 50, donde es probable que la cinta 12 se solape sin modificar los ángulos entre los segmentos 58 (y, por lo tanto, entre las porciones de cinta). Es decir, antes de determinar los segmentos de trayectoria natural 58 para la segunda trayectoria 50b, una trayectoria natural se puede determinar adyacente a la primera trayectoria 50a. Normalmente, la trayectoria natural no es precisamente paralela a la primera trayectoria 50a. Por lo tanto, una distancia transversal entre las dos 65 trayectorias 50a, 50b varía a lo largo de la longitud de las trayectorias 50a, 50b. Es decir, en una o más porciones de las trayectorias 50a, 50b, las dos trayectorias 50a, 50b definen una distancia mínima transversal. El punto de inicio

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54 para el cálculo de la configuración de la segunda trayectoria 50b se puede situar en un punto correspondiente, en posición sobre la superficie de contorno 18, a la porción de la trayectoria natural donde se define la distancia mínima transversal. En otras palabras, el punto de partida 54 para el cálculo de la trayectoria de la segunda trayectoria 50b puede corresponder a la porción de la superficie donde es más probable que ocurra el solapamiento entre las cintas

5 50a, 50b si la segunda cinta 12b se dispone a lo largo de una trayectoria natural. Se cree que el uso un punto de partida de este tipo puede dar como resultado un mínimo de vueltas y huecos sin utilizar ángulos de compensación excesivos entre los segmentos sucesivos 58 de cada trayectoria 50. En cualquier caso, las cintas 12 se pueden disponer de forma continua desde uno de los extremos 28, 30 de la superficie de contorno 18 hasta el otro extremo 28, 30 mediante el aparato 10, que atraviesa repetidamente entre los dos extremos 28, 30, disponiendo una o más de las cintas 12 en cada pasada.

Las Figuras 9-11 ilustran el efecto del ajuste de los ángulos antinaturales entre los segmentos 58 de las trayectorias 50 de las cintas 12. En particular, la Figura 9 ilustra una trayectoria natural o geodésica sobre una superficie de contorno 18. La Figura 10 ilustra una comparación entre la trayectoria natural de la Figura 9 y una trayectoria 15 modificada 50 que se determina de acuerdo con la presente invención, es decir, una trayectoria formada por una pluralidad de segmentos de trayectoria natural 58, con al menos algunos de los segmentos adyacentes 58 definiendo ángulos antinaturales. En particular, la trayectoria natural 60 de la Figura 9 incluye siete segmentos 62a62g que se definen por ocho puntos 64a-64h. En los seis puntos 64b-64g entre los segmentos adyacentes 62a-62g de la trayectoria 60, la trayectoria 60 define ángulos naturales. Del mismo modo, una trayectoria modificada 70 de acuerdo con la presente invención, que tiene siete segmentos 72a-72g se muestra en la Figura 10, con los puntos 74a-74h. Sin embargo, el ángulo entre el segundo y el tercer segmentos 72b y 72c es un ángulo antinatural. Es decir, el ángulo se modifica desde el ángulo natural por un ángulo de compensación 76 y, por lo tanto, la trayectoria de los segmentos 72b, 72c se modifica a partir de la trayectoria natural. De hecho, se muestra que modificación relativamente pequeña en los ángulos puede afectar significativamente la configuración de la trayectoria 70. Por lo

25 tanto, los huecos y/o vueltas entre las cintas adyacentes 12 se pueden reducir al mínimo, eliminarse, o por el contrario, optimizarse. En este sentido, se observa que el ángulo de compensación 76 que se indica en la Figura 10 se demuestra que es algo más grande que el que se emplea normalmente, para fines de ilustración.

La Figura 11 ilustra una modificación adicional a la trayectoria de la Figura 10. La trayectoria modificada 80 de la Figura 11 incluye seis segmentos 82a-82f definidos por siete puntos 84a-84g. En particular, la trayectoria modificada 80 omite el tercer punto 74c de la trayectoria 70 que se muestra en la Figura 10, es decir, el primer punto de desviación de la trayectoria 70 que se muestra en la Figura 10 desde la trayectoria natural 60 de la Figura 9. Aunque no pretende limitarse a ninguna teoría particular, se cree que la omisión de uno o más de los puntos en la trayectoria modificada que se desvía primero de la trayectoria natural puede mejorar la suavidad de la trayectoria modificada, 35 por lo tanto, posiblemente, reducir las tensiones en la cinta 12, arrugas, y/o vueltas o huecos entre las cintas 12. La Figura 12 ilustra una cinta 90 dispuesta sobre una superficie de contorno 18, definiendo la cinta 90 las porciones 92a-92f, cada una de las que corresponde a los segmentos de trayectoria 82a-82f de la trayectoria 80 de la Figura

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Los segmentos 58, 72a-72g, 82a-82f de las trayectorias 50, 70, 80 y, por lo tanto, las porciones de las cintas 12, pueden tener diferentes longitudes. En una realización de la presente invención, cada uno de los segmentos 58 es al menos tan largo como la distancia entre el rollo de suministro 20 de la cinta 12 y el rodillo 24 u otro dispositivo de compactación, es decir, de tal manera que cualquier cinta 12 que se ha dispensado desde el rollo 20 dentro del aparato 10 se pueden disponer sobre el mandril 16 antes de modificar la dirección de cada cinta 12 en un ángulo

45 antinatural posterior definido por la trayectoria respectiva. Como alternativa, si la cinta 12 se soporta entre el rollo 20 y el dispositivo de compactación, tal como por el rodillo 32 u otra estructura de soporte, cada segmento (y, por lo tanto, cada porción correspondiente de la cinta 12) puede tener una longitud que es al menos aproximadamente la distancia entre el dispositivo y el rodillo de compactación 20 u otra estructura de soporte. Por ejemplo, en una realización, cada segmento tiene una longitud que es al menos aproximadamente 76,2 cm (30 pulgadas).

Cada cinta 12 tiene normalmente una anchura uniforme a lo largo de su longitud, es decir, de modo que los bordes transversales 56 de cada cinta son lineales y paralelos entre sí. Sin embargo, en algunos casos, uno o ambos de los bordes 56 puede ser no lineal y/o los bordes pueden ser no paralelos. Por ejemplo, uno de los bordes 56 de cada cinta 12 se puede recortar antes o durante la operación de colocación. De esta manera, las cintas 12 se pueden

55 adaptar para dar cabida a diversos contornos adicionales de la pieza de trabajo y/o reducir las vueltas o huecos entre cintas 12. Un aparato y un método para recortar o cortar las cintas 12 se describe adicionalmente en la Patente de Estados Unidos N. º 11/088,288, titulada "Aparato y Método para el Corte de Perfiles de Cinta de Material Compuesto", presentada el 24 de marzo de 2005.

Muchas modificaciones y otras realizaciones de la invención vendrán a la mente a un experto en la materia a la que pertenece la presente invención teniendo el beneficio de las enseñanzas presentadas en las descripciones anteriores y en los dibujos asociados. Por lo tanto, se debe entender que la invención no se limita a las realizaciones específicas divulgadas y que modificaciones y otras realizaciones pretender ser incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Aunque se emplean términos específicos en la presente memoria, se utilizan en un

65 sentido genérico y descriptivo y no con fines de limitación.

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Claims (1)

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