RU2809028C2 - Трехмерная тканая опорная балка и способ ее изготовления - Google Patents

Abstract

Заявлена армирующая конструкция крестообразной формы с по меньшей мере двумя плечами из пересекающихся С-образных балок, имеющих непрерывные армирующие волокна основы по длине каждого плеча. 10 н. и 21 з.п. ф-лы, 17 ил.

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

1. Область техники

Настоящее изобретение относится к трехмерной тканой заготовке, имеющей вид опорной балки. В частности, изобретение относится к пересекающимся опорным балкам, имеющим непрерывное армирование основы, проходящее по длине обеих балок, и к способу изготовления указанных балок.

2. Предшествующий уровень техники

В настоящее время широко используют армированные композиционные материалы для изготовления элементов конструкций, особенно в тех областях применения, где необходимо обеспечить желаемые характеристики, а именно легкий вес, прочность, жесткость, термостойкость, самонесущую способность и способность к формованию и формообразованию. Например, такие элементы используют в авиационной, аэрокосмической, спутниковой, спортивной (как например, для гоночных лодок и автомобилей) и других областях применения.

Обычно такие элементы конструкций могут использоваться в армирующих компонентах. Указанные элементы конструкций могут включать армированные композиции, содержащие армирующие заготовки в виде I-образных балок, Н-образных балок или С-образных балок, например, изготовленные из упрочняющих материалов, встроенных в материалы матрицы. Опорная балка может быть изготовлена из таких материалов, как стекло, углерод, керамика, арамид, полиэтилен, и/или из других материалов, обладающих заданными физическими, термическими, химическими и/или другими свойствами, главным из которых является высокая прочность под воздействием нагрузок. Благодаря использованию таких материалов, которые в конечном итоге становятся составным элементом готового армирующего компонента, указанному армирующему компоненту передают желаемые характеристики используемых материалов, такие как очень высокая прочность. Обычно армирующие заготовки, входящие в состав конструкции, могут быть ткаными, вязаными, неткаными или выполненными иным образом в желаемых конфигурациях и формах. Как правило, особое внимание уделяют оптимальному использованию свойств, с учетом которых были выбраны составляющие упрочняющие материалы. Обычно такие армирующие заготовки объединяют с материалом матрицы для образования готовых упрочняющих конструктивных элементов или для получения производственных материалов для окончательного изготовления готовых армирующих компонентов.

После изготовления заданной армирующей заготовки, к ней может быть добавлен и в нее может быть введен материал матрицы, так что, как правило, армирующая заготовка оказывается заключенной в материале матрицы, который заполняет промежуточные области между составляющими элементами указанной заготовки. Материалом матрицы может быть любой материал из большого разнообразия материалов, таких как эпоксидная смола, полиэфир, виниловый эфир, керамика, углерод и/или другие материалы, которые также обладают заданными физическими, термическими, химическими и/или другими свойства. Материалы, выбранные для использования в качестве матрицы, могут быть такими же, как материал армирующей заготовки, или иными, и могут обладать или не обладать сопоставимыми физическими, химическими, термическими или другими свойствами. Однако, как правило, матрицы и армирующие заготовки изготовлены не из одних и тех же материалов или не обладают сопоставимыми физическими, химическими, термическими или другими свойствами, поскольку при использовании композиций основная задача в первую очередь заключается в том, чтобы обеспечить комбинацию характеристик в готовом изделии, чего невозможно добиться за счет использования только одного составляющего материала. Далее, объединенные таким образом армирующая заготовка и материал матрицы могут быть отверждены и стабилизированы в ходе одной и той же операции термоотверждения или другими известными способами, а затем подвергнуты другим операциям для получения заданного компонента. После процесса отверждения затвердевшая масса материала матрицы обычно очень прочно прилипает к упрочняющему материалу (например, к армирующей заготовке). В результате, нагрузка, действующая на готовый компонент, может быть эффективно передана (в частности, через материал его матрицы, служащий связующим между волокнами, или через другой составляющий материал) составляющему материалу армирующей заготовки, и составляющий материал армирующей заготовки воспринимает указанную нагрузку.

Типичная комбинация опорных балок в виде армирующих заготовок выполнена из заготовок, расположенных под углом (обычно под прямым углом) друг к другу. Основная задача при создании таких конфигураций, образованных из соединенных под углом армирующих заготовок, состоит в том, чтобы обеспечить заданную форму для образования армирующей заготовки, предназначенной для укрепления композитной конструкции, полученной в результате использования данной заготовки, и противодействия деформации или разрушению под влиянием внешних сил, таких как давление или натяжение. В любом случае, соответствующий подход заключается в том, чтобы сделать каждое соединение между армирующими опорными балками как можно более прочным. Учитывая зачастую очень высокую заданную прочность составляющих элементов армирующих заготовок, слабость соединения становится по сути «слабым звеном» в конструктивной «цепочке».

Опорные балки скрепляют в месте их пересечения. Большинство схем крепления включают решения, в которых допустимо применение металлов, например, с использованием таких крепежных элементов, как заклепки, болты, зажимы и тому подобное. В частности, опорные балки С-образной формы, пересекающиеся друг с другом, имеют небольшую площадь для крепления в месте пересечения. Стандартный метод построения балок в целом включает использование одной непрерывной первичной балки, к которой прикреплены концы вторичных балок. Усовершенствование данной конструкции включает использование волокна, которое не прерывается, проходя через место пересечения в полотне как первичной, так и вторичных балок. Однако в случае заготовок С-образной формы, на участке пересечения выполняют вырезы в полках, проходящих по меньшей мере в одном направлении. Вырезанные полки могут образовывать небольшое соединение внахлестку со сплошной полкой (смотри фиг. 1), но на участке пересечения имеется ограниченная область перекрытия, требующая усиления кронштейнами, крепежными элементами и/или дополнительной отдельной деталью, которая действует как обвязка, расположенная поперек соединения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предложена тканая заготовка и способ ее формирования, при этом указанная заготовка содержит первое полотно, сотканное поверх второго полотна в первой части тканой заготовки. Волокна основы первого полотна переплетены с волокнами основы второго полотна на участке пересечения в тканой заготовке, так что после участка пересечения первое полотно соткано под вторым полотном во второй части тканой заготовки. Волокна основы в первом и втором полотнах являются непрерывными при прохождении через участок пересечения. Первое и второе полотно могут представлять собой однослойные или многослойные полотна.

В одном варианте выполнения волокна основы, расположенные по краям первого полотна, и волокна основы, расположенные по краям второго полотна, являются свободными на участке пересечения.

В другом варианте выполнения первое полотно может быть повернуто вокруг участка пересечения с образованием угла относительно второго полотна. Образованный угол может составлять 90° или может быть любым заданным углом, в зависимости от окончательной конфигурации элемента конструкции.

В еще одном варианте выполнения первое и второе полотна согнуты с образованием С-образной балки. Композитная конструкция может быть образована путем пропитки заготовки материалом матрицы.

Кроме того, предложены тканая заготовка и способ ее изготовления, в котором ткут по меньшей мере три полотна, содержащие волокна основы, переплетенные с волокнами утка, при этом каждое тканое полотно имеет первое полотно, сотканное поверх второго полотна в первой части тканой заготовки. Каждое из указанных по меньшей мере трех полотен переплетено с по меньшей мере двумя остальными ткаными полотнами на соответствующем участке пересечения, так что в каждом полотне имеется по меньшей мере два участка пересечения. После каждого участка пересечения указанных по меньшей мере трех тканых полотен пересекающееся полотно, сотканное поверх другого полотна, ткут под другим полотном. Волокна основы, расположенные в пересекающихся полотнах, являются непрерывными при прохождении через каждый участок пересечения. Каждое из указанных по меньшей мере трех полотен может являться однослойным или многослойным полотном.

В одном варианте выполнения волокна основы, расположенные по краям указанных по меньшей мере трех полотен, являются свободными на каждом участке пересечения. Указанные по меньшей мере три полотна могут быть повернуты вокруг участков пересечения, так что эти по меньшей мере три полотна образуют угол с по меньшей мере одним другим полотном из указанных по меньшей мере трех полотен.

В другом варианте выполнения указанные по меньшей мере три полотна могут быть согнуты с созданием С-образной балки.

В другом варианте выполнения имеются четыре полотна, при этом каждое полотно пересекается строго с двумя другими полотнами, и четыре полотна могут быть согнуты с созданием С-образной балки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сопроводительные чертежи, включенные в данную заявку на изобретение и составляющие ее часть, представлены для облегчения понимания изобретения. Представленные чертежи иллюстрируют разные варианты выполнения изобретения и вместе с описанием поясняют принципы изобретения. На указанных чертежах:

фиг. 1 изображает бумажную модель крестовины с полками после формования;

фиг. 2 представляет ряд изображений, иллюстрирующих перемещение линии пересечения волокон утка во время формирования крестовины с использованием бумажной модели;

фиг. 3 изображает вид сверху заготовки, которая обеспечивает возможность скольжения основы;

фиг. 4 изображает вид сверху пересечения полок после формования;

фиг. 5 изображает вид в разрезе сотканной заготовки, имеющей один участок пересечения;

фиг. 6 изображает вид сверху заготовки, сотканной согласно настоящему изобретению;

фиг. 7 изображает вид снизу заготовки, изображенной на фиг. 6;

фиг. 8 изображает заготовку, показанную на фиг. 7, сформованную с созданием крестовины;

фиг. 9 изображает вид сверху верхнего края, отогнутого с образованием полки на крестовине, показанной на фиг. 8;

фиг. 10 изображает вид снизу нижнего края, отогнутого с образованием полки на крестовине, показанной на фиг. 8;

фиг. 11 изображает композитную конструкцию в виде крестовины из Сообразных балок, согласно настоящему изобретению;

фиг. 12 изображает вид в разрезе трех различных вертикальных структур основы внутри пересечения;

фиг. 13 изображает крестовину из I-образных балок, сотканную и сформированную согласно настоящему изобретению;

фиг. 14 изображает вид в разрезе сотканной заготовки, имеющей только один участок пересечения;

фиг. 15 изображает вид в разрезе сотканной заготовки, имеющей четыре участка пересечения;

фиг. 16 изображает вид в разрезе сотканной заготовки, имеющей девять участков пересечения; и

фиг. 17 изображает крестовину из С-образных балок, образованную из сотканной заготовки, имеющей четыре участка пересечения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Применяемые в настоящем изобретении термины «содержащий» и «содержит» означают «включающий» и «включает» или имеют значение, обычно приписываемое термину «содержащий» или «содержит» в патентном праве США. Выражения «состоящий по существу из» или «состоит по существу из», если они используются в формуле изобретения, имеют значение, приписываемое им в патентном праве США. Другие аспекты изобретения раскрыты в приведенном ниже описании или понятны из этого описания (и не выходят за рамки объема изобретения).

В последующем описании термины «нитки», «волокна» «кудели» и «нити» используют взаимозаменяемым образом. Используемые в данном документе термины «нитки», «волокна», «кудели» и «нити» включают моноволокна, многоволоконные нити, скрученные нити, многоволоконные кудели, текстурированные нити, плетеные нити, покрытые нити, двухкомпонентные нити, а также нити, изготовленные из растягивающихся рваных волокон любых материалов, известных специалистам в данной области техники. Нити могут быть изготовлены из углерода, нейлона, вискозы, стекловолокна, хлопка, керамики, арамида, полиэстера, металла, прозрачного полиэтилена и/или других материалов, которые имеют заданные физические, термические, химические или другие свойства.

Используемый в данном описании термин «полотно» означает волокна основы, переплетенные с волокнами утка, при этом полотно может представлять собой либо однослойное, либо многослойное полотно. Термин «многослойное полотно» в данном документе использован для удобства и включает также однослойные полотна.

Выражение «отогнутый» широко используется в данном описании для обозначения «формообразования», которое включает разворачивание, сгибание и другие подобные термины, обозначающие манипулирование формой тканого полотна. Выражения «С-образная полка» и «С-образная балка» используются взаимозаменяемым образом для обозначения конструкции, имеющей С-образное поперечное сечение. Аналогичным образом, выражения «Н-образная балка», «I-образная балка», «Т-образная балка», «L-Образная балка» и «π-образная балка» (Пи-балка) используют для обозначения конструкций, имеющих Н-, I-, Т-, L- или π-образное (в форме буквы Пи) поперечное сечение, соответственно. Однако данный перечень форм поперечного сечения не следует считать исчерпывающим. То есть, возможны любые формы поперечного сечения. Выражение «опорная балка» используется для обозначения балки, имеющей любую форму поперечного сечения.

Следует понимать, что такие термины, как «спереди», «сзади», «слева», «справа», «поперечный», «продольный», «выше», «ниже», «над», «под» и им подобные, использованы далее для удобства описания взаимных положений и не должны считаться ограничивающими.

Для лучшего понимания изобретения, а также обеспечиваемых им преимуществ и задач, решаемых с помощью данного изобретения, сделана ссылка на прилагаемый описательный материал, в котором неограничивающие варианты выполнения изобретения проиллюстрированы на прилагаемых чертежах и в котором соответствующие компоненты обозначены одинаковыми номерами позиций.

Изобретение направлено на создание элементов конструкций с армирующими заготовками, выполненными в виде опорной балки. В соответствии с одним вариантом выполнения предложена трехмерная (3D) тканая крестообразная заготовка, имеющая плечи с С-образным поперечным сечением (С-образные балки) и непрерывные волокна, расположенные по длине плеч или по меньшей мере на участке пересечения, где пересекаются плечи крестовины, выполненные в виде С-образной балки. Соответственно, предложена тканая опорная заготовка из С-образных балок, позволяющая избежать необходимости разрезания волокон в плечах, имеющих вид С-образной балки, или использования крепежных деталей для скрепления плеч в местах их пересечения.

На фиг. 1 представлена модель готовой крестовины 100 заданной формы, содержащей 3D заготовку и имеющей С-образные балки 104, 106. Как описано ниже, С-образные балки сотканы таким образом, что они имеют непрерывные волокна основы, проходящие вдоль пересекающихся полок 102 указанных балок. Данная конфигурация обеспечивает создание крестовины с С-образными балками или плечами, имеющими непрерывное волокно, проходящее в обоих направлениях X, Y крестовины. Причем направление X представляет собой направление волокон основы в первом плече, а направление Y представляет собой направление волокон основы во втором плече. То есть, полки 102 С-образных балок содержат непрерывные кудели основы, проходящие по длине крестовины и, в частности, по участку 108 пересечения, который является местом пересечения С-образных балок крестовины.

Полки С-образной балки могут обеспечивать увеличение жесткости на изгиб крестообразной армирующей заготовки в целом по крестовине, образованной из С-образных балок, без условия непрерывности волокон на участке пересечения. Настоящее изобретение обеспечивает одновременную непрерывность волокон ткани как в направлении X, так и в направлении Y крестовины. В крестовинах предшествующего уровня техники, образованных С-образными балками, одновременная непрерывность исключена, поскольку заданное местоположение крестовины после формования отличается от местоположения сотканной крестовины. То есть, уточные волокна полок препятствуют необходимому скольжению волокон основы в месте пересечения, обеспечивающему возможность формирования полок Сообразной балки. Фиг. 2С иллюстрирует изменение положения данного места пересечения.

На фиг. 2 на примере бумажной модели проиллюстрировано формирование крестообразной конструкции из С-образных балок (вид сверху) путем поворота плеч (не видны). Присоединенные полки (204, 206, как и полки на фиг. 2), которые образуют крестообразную конструкцию из С-образных балок, увеличивают жесткость по сравнению с крестовиной, не имеющей полок (то есть, без полок 102), когда сила или нагрузка приложена вдоль линии, образованной пересекающимися плечами 204, 206. Однако разрезание волокон основы в полках для облегчения пересечения плеч крестовины приводит к разрыву волокон, проходящих в направлении одной из полок. Разрыв волокон основы создает слабое место, которое может ухудшать характеристики конструкции вплоть до того, что наносимая впоследствии связующая смола может проходить через участок пересечения.

Сохранение непрерывности волокна на всем протяжении полок в обоих направлениях крестовины из С-образных балок может увеличить жесткость при растяжении и сжатии вдоль длины каждого плеча полученной заготовки. Настоящее изобретение обеспечивает непрерывность волокон основы одновременно вдоль каждой из полок плеч крестовины из С-образных балок.

В одном варианте выполнения, по меньшей мере некоторые из волокон основы являются свободными (то есть, не переплетенными с волокнами утка) на участке пересечения полок по всему диапазону хода плеч. То есть, волокна основы, расположенные в полке первого плеча крестовины, могут свободно скользить по волокнам основы второго плеча крестовины на участке пересечения. Данная особенность может обеспечивать поворот плоско-тканых плеч С-образной балки вокруг участка пересечения с созданием геометрии плеч после формования.

На фиг. 3 представлено одно плечо 300 тканой С-образной балки. С-образная балка соткана в плоской форме. Края 302, 304 плоско-тканой С-образной балки позже будут преобразованы в полки С-образной балки. Волокна основы, проходящие в краевых участках 306, 308 краев 302, 304, не переплетены с волокнами утка. Таким образом, волокна основы в участках 306, 308 являются свободными. Свободное перемещение волокон основы по краям 306, 308 может позволять волокнам основы, расположенным в плече 300, скользить по волокнам основы, расположенным в другом пересекающем плече, чтобы обеспечивать возможность отгибания краев плеча с созданием поперечного сечения С-образной балки. Размер краевых участков 302, 304, в которых волокна основы являются свободными для перемещения по ширине плеча 300, может определять длину полки С-образной балки в отогнутом состоянии, при этом указанный размер обычно составляет от 0,1 дюйма до 2 дюймов, но можно создавать полки с большей и меньшей длиной. Размеры краевых участков 306, 308, проходящих по длине плеча 300, могут иметь любую ширину и длину, но обычно ширина будет соответствовать ширине краевых участков 302, 304, а длина будет соответствовать ширине пересекающего плеча (не показано на фиг. 3). Однако диапазоны размеров краевых участков 306, 308 не являются ограничивающим фактором в описанной конструкции.

На фиг. 4 изображен вид сверху пересекающихся полок после формирования крестовины из С-образных балок, имеющих полки. На фиг. 4 поперечная штриховка на горизонтальном плече отображает полку первого плеча 406 крестовины из С-образных балок, если смотреть сверху, а поперечная штриховка на вертикальном плече отображает полку второго плеча 404 указанной крестовины. Полки 404, 406 могут быть сформированы перпендикулярно друг другу или под любым заданным углом, для образования окончательной крестообразной конструкции.

Горизонтальные линии, проходящие вдоль длины первого плеча 406, представляют собой кудели 408 основы указанного плеча. Линии, перпендикулярные куделям 408 основы, представляют собой кудели 412 утка первого плеча 406. Аналогичным образом, вертикальные линии 410, проходящие вдоль длины второго плеча 404, представляют собой кудели 410 основы указанного плеча. А линии, перпендикулярные куделям 410 основы, представляют кудели 414 утка второго плеча 404.

Место, где пересекаются первое плечо 406 и второе плечо 404, является пересечением (участком 402 пересечения) крестовины. Как изображено на фиг. 4, на участке 402 пересечения, в полках первого и второго плеч сформованной заготовки нет уточных куделей 412, 414.

На фиг. 5 изображен вид в разрезе в направлении основы сотканной заготовки 500 при выходе полотна с ткацкого станка. Представленная заготовка содержит два многослойных полотна 502, 504, из которых будет образована крестообразная конструкция, имеющая один участок 518 пересечения. До участка пересечения многослойное полотно 502 соткано под многослойным полотном 504. После участка пересечения многослойное полотно 502 соткано поверх многослойного полотна 504.

Для идентификации на последующих чертежах, перед участком пересечения поверхность многослойного полотна 502 на одной его стороне обозначена номером 514А позиции, а на противоположной стороне обозначена номером 514В позиции. После участка пересечения на одной стороне многослойное полотно 502 имеет поверхность 512А, а на противоположной стороне поверхность 512В. Аналогичным образом, перед участком пересечения, на одной стороне многослойного полотна 504 имеется поверхность 510А, а на противоположной стороне поверхность 510В. После участка пересечения многослойное полотно 504 имеет поверхность 516А, расположенную на одной стороне полотна, и поверхность 516В, расположенную на противоположной стороне полотна.

Волокна основы первого и второго многослойных полотен являются свободными на участке пересечения, где они будут отогнуты с созданием полки, при этом волокна основы, расположенные в первом и втором многослойных полотнах, не прерываются при прохождении через участок пересечения. Впоследствии первое многослойное полотно может быть использовано для формирования первого плеча крестовины из С-образных балок. Аналогичным образом, второе многослойное полотно впоследствии может быть использовано для формирования второго плеча крестовины из С-образных балок. Первое и второе многослойные полотна поворачивают вокруг участка пересечения таким образом, чтобы полотна располагались под заданным углом друг к другу. В конкретном варианте выполнения, угол между первым и вторым многослойными полотнами составляет 90°. Однако возможны и другие углы, например, 45° и т.д. Края первого многослойного полотна отгибают с образованием полок, так что первое многослойное полотно имеет С-образное поперечное сечение. Аналогичным образом, края второго многослойного полотна отгибают с образованием полок, так что второе многослойное полотно имеет С-образное поперечное сечение.

Указанная заготовка представляет собой двумерную (плоско-тканую) конструкцию, имеющую первое многослойное полотно, сотканное поверх второго многослойного полотна до заданной длины заготовки. Первое многослойное полотно пересекается со вторым многослойным полотном на участке пересечения заготовки, так что после участка пересечения первое многослойное полотно расположено под вторым многослойным полотном. То есть, в заготовке для крестообразной конструкции согласно настоящему изобретению, имеющей один участок пересечения, первое и второе многослойные полотна переплетены друг с другом на участке пересечения, и не переплетены друг с другом в любых других местах заготовки.

На фиг. 6-11 представлены виды, иллюстрирующие формирование тканой заготовки 500, имеющей один участок пересечения, с использованием идентификации поверхностей согласно фиг. 5. На фиг. 6 изображен вид сверху заготовки из плоско-тканого полотна, перед формированием конструкции из С-образных балок, имеющую один участок 518 пересечения. Волокна основы на участках 506, 508, расположенных по краям 620, 622 полотна, не переплетены с волокнами утка. Таким образом, волокна основы на участках 506, 508 являются свободными. Поверхности 510A, 512А, изображенные на фиг. 5, на виде сверху заготовки из тканого материала расположены с соответствующих сторон относительно центра 614.

На фиг. 7 показан вид снизу тканой заготовки 500, изображенной на фиг. 6, причем области 506, 508, имеющие переплетение на виде сверху, на виде снизу не переплетены. Поверхности 514А, 516А, изображенные на фиг. 5, на виде снизу заготовки из тканого материала расположены с соответствующих сторон относительно центра 614.

На фиг. 8 представлено формирование плоско-тканого полотна, изображенного на фиг. 5, с созданием крестовины из С-образных балок, путем поворота полотен 502, 504 относительно друг друга. Для пояснения, поверхности 512А, 512В и 514А, 514В многослойного полотна 502 повернуты в направлении стрелок J и K, изображенных на фиг. 5.

На фиг. 9 представлен вид сверху, изображающий формирование крестовины из С-образных балок, показанной на фиг. 8. Края 620, 622 отгибают с образованием полок 902, 904, соответственно, в результате чего получается форма поперечного сечения С-образной балки. Волокна основы на участке 518 пересечения являются свободными, что позволяет отгибать края 620, 622. Например, волокна основы в части 506 на участке 518 пересечения, не переплетены с волокнами утка. Таким образом, волокна основы, расположенные в многослойном полотне 502 на участке пересечения, могут скользить по свободным волокнам основы многослойного полотна 504 на указанном участке пересечения, не будучи заблокированными волокнами утка. Остальные края отгибают аналогичным образом, образуя формы поперечного сечения С-образной балки на других плечах крестообразной конструкции.

На фиг. 10 представлен вид снизу крестовины из С-образных балок, изображенной на фиг. 9. Подобно тому, как показано на вышеупомянутой фиг. 9, волокна основы, расположенные на участке 518 пересечения, являются свободными, что позволяет отгибать края 620, 622. Например, волокна основы, расположенные в части 508 на участке 518 пересечения, не переплетены с волокнами утка. Таким образом, волокна основы, расположенные в многослойном полотне 502 на участке пересечения, могут скользить по свободным волокнам основы многослойного полотна 504 на указанном участке пересечения, не будучи заблокированными волокнами утка.

После формирования крестообразной конструкции из С-образных балок, заготовка может быть пропитана материалом матрицы для образования композитной конструкции. Пример композитной крестовины из С-образных балок представлен на фиг. 11.

На фиг. 12 изображены три вертикальные структуры А, В и С основы в полке на участке пересечения крестовины из С-образных балок (после формования). Кудели 1804 основы, расположенные в полке первого плеча, и кудели 1806 основы, расположенные в полке второго плеча, не переплетены с волокнами утка. Как изображено на чертеже, кудели 1804 основы первого плеча переплетены с куделями 1806 основы второго плеча на участке 1802 пересечения. Данная особенность позволяет поворачивать плечи С-образных балок вокруг участка пересечения при формировании сотканной заготовки с образованием заданной формы крестовины.

Данное изобретение также может быть использовано для изготовления крестообразной заготовки 1300 из I-образных балок, изображенной на фиг. 13. Заготовка содержит первое плечо 1306 и второе плечо 1304. Каждое из первого плеча 1306 и второго плеча 1304 имеет две противоположные полки 1302. Первое и второе плечо пересекаются на участке 1308 пересечения.

Настоящее изобретение не ограничено ткаными заготовками, имеющими только один участок пересечения, которые могут быть сформированы с созданием крестообразных конструкций из С-образных балок. Можно образовать крестообразные конструкции, имеющие формы поперечного сечения С-образной балки, которые являются плоско-тканными и имеют несколько участков пересечения. На фиг. 14-16 представлены виды поперечного сечения многослойных полотен, которые могут быть использованы для формирования крестообразных конструкций. Также возможны заготовки, имеющие другие формы поперечного сечения, включая, «Н-образную балку», «I-образную балку», «Т-образную балку», «L-образную балку» и «π-образную балку», но не ограничиваясь указанным.

На фиг. 14 представлен вид поперечного сечения плоско-тканой заготовки, имеющей два многослойных полотна 1402, 1404 и один участок 14001 пересечения. Многослойное полотно 1402 соткано поверх многослойного полотна 1404 на одной стороне участка 14001 пересечения и под многослойным полотном 1404 на другой стороне участка пересечения. Как подробно обсуждалось выше, заготовка может быть сформована с созданием конструкции из С-образных балок, имеющей «крестообразную» или «Х-образную» форму.

На фиг. 15 изображен вид поперечного сечения плоско-тканой заготовки, имеющей четыре многослойных полотна 1502, 1504, 1506, 1508 и четыре участка 15001, 15002, 15003, 15004 пересечения. Каждое многослойное полотно включает два участка пересечения с каждым из двух других многослойных полотен. В каждом случае первое многослойное полотно соткано поверх второго многослойного полотна с одной стороны участка пересечения, а с другой стороны указанного участка пересечения - под вторым полотном. Например, многослойное полотно 1502 включает два участка 15001, 15004 пересечения с многослойными полотнами 1506 и 1508, соответственно. Полотно 1502 соткано поверх полотна 1506 с одной стороны участка 15001 пересечения, а с другой стороны указанного участка пересечения - под полотном 1506. Полотно 1502 соткано поверх полотна 1508 с одной стороны участка 15004 пересечения, а с другой стороны указанного участка пересечения - под полотном 1508. Аналогично может быть соткано каждое из остальных полотен 1504,1506,1508. В данном варианте выполнения результатом является крестообразная конструкция, имеющая вид символа «решетки» или «номера», которая ограничивает открытую область 1518.

На фиг. 17 представлен вид крестообразной конструкции, образованной из полотна, изображенного на фиг. 15. Крестообразная конструкция, показанная на фиг. 17, содержит четыре плеча 1502, 1504, 1506, 1508. Каждое плечо пересекается с двумя другими плечами на участках пересечения. Таким образом, каждое плечо имеет два участка пересечения. Плечо 1502 включает участки 15001, 15004 пересечения с многослойными полотнами 1506 и 1508, соответственно; плечо 1504 включает участки 15002, 15003 пересечения с многослойными полотнами 1506 и 1508, соответственно; плечо 1506 включает участки 15001, 15002 пересечения с многослойными полотнами 1502 и 1504, соответственно; плечо 1508 включает участки 15003, 15004 пересечения с многослойными полотнами 1504 и 1502, соответственно. Как обсуждалось выше, результатом является крестообразная конструкция, имеющая вид символа «решетки» или «номера», которая ограничивает открытую область 1518.

На фиг. 16 представлен вид поперечного сечения плоско-тканой заготовки, имеющей шесть многослойных полотен 1602, 1604, 1606, 1608, 1610, 1612 с девятью участками 16001, 16002, 16003, 16004, 16005, 16006, 16007, 16008, 16009 пересечения. Каждое из полотен включает три участка пересечения с тремя другими полотнами. Например, полотно 1602 включает участки 16001, 16002, 16003 пересечения с полотнами 1608, 1610, 1612, соответственно. Заготовка, сотканная таким образом, обеспечивает создание сложного крестообразного узора, изображенного на чертеже.

Возможны и другие реализации, которые обеспечивают увеличение размеров данной конструкции или создание других конструкций из базовой крестовины с двумя плечами, описанной в данном документе. Конфигурация, представленная на фиг. 14-16, может быть многократно повторена для создания заданной конструкции. Такие конструкции включают, не ограничиваясь указанным, конструкции треугольной, ромбовидной, пятиугольной, шестиугольной формы и т.д.

В любом из вариантов выполнения тканая заготовка может быть пропитана материалом матрицы. Материал матрицы включает эпоксидную смолу, бисмалеимид, полиэфир, виниловый эфир, керамику, углерод и другие подобные материалы.

Другие варианты выполнения не выходят за рамки объема правовой охраны, определенного в нижеследующих пунктах формулы изобретения.

Claims (54)

1. Способ формирования тканой заготовки, в котором

ткут первое полотно поверх второго полотна в первой части тканой заготовки, при этом каждое из первого и второго полотен содержит волокна основы, переплетенные с волокнами утка,

переплетают волокна основы первого полотна с волокнами основы второго полотна на участке пересечения тканой заготовки, так что после участка пересечения во второй части тканой заготовки первое полотно ткут под вторым полотном,

причем волокна основы, расположенные в первом и втором полотнах, являются непрерывными при прохождении через участок пересечения, и волокна основы, расположенные по краям первого полотна, и

волокна основы, расположенные по краям второго полотна, являются свободными на участке пересечения.

2. Способ по п.1, в котором первое полотно представляет собой однослойное или многослойное полотно и второе полотно представляет собой однослойное или многослойное полотно.

3. Способ по п.1 или 2, в котором поворачивают первое полотно вокруг участка пересечения с образованием угла относительно второго полотна.

4. Способ по п.3, в котором указанный угол составляет 90°.

5. Способ по п.3 или 4, в котором отгибают края первого и второго полотен для придания заготовке поперечного сечения в форме, выбранной из группы, включающей формы поперечного сечения H-образной балки, I-образной балки, Т-образной балки, L-образной балки и π-образной балки.

6. Способ по п.3 или 4, в котором отгибают края первого полотна с созданием С-образной балки и отгибают края второго полотна с созданием С-образной балки.

7. Способ формирования композитной опорной конструкции, в котором формируют тканую заготовку в соответствии со способом по п.6 и пропитывают указанную тканую заготовку материалом матрицы.

8. Тканая заготовка, содержащая

первое полотно, у которого волокна основы переплетены с волокнами утка, и

второе полотно, у которого волокна основы переплетены с волокнами утка,

причем волокна основы первого полотна переплетены с волокнами основы второго полотна на участке пересечения таким образом, что волокна основы, расположенные в первом полотне, и волокна основы, расположенные во втором полотне, являются непрерывными при прохождении через участок пересечения,

причем в любом другом месте, отличном от участка пересечения, первое полотно и второе полотно не переплетены друг с другом, и

волокна основы, расположенные по краям первого полотна, и волокна основы, расположенные по краям второго полотна, являются свободными на участке пересечения.

9. Тканая заготовка по п.8, в которой первое полотно представляет собой однослойное или многослойное полотно и второе полотно представляет собой однослойное или многослойное полотно.

10. Тканая заготовка по п.8 или 9, содержащая

третье полотно, у которого волокна основы переплетены с волокнами утка, при этом третье полотно является однослойным или многослойным полотном,

причем волокна основы третьего полотна переплетены с волокнами основы второго полотна на участке пересечения, так что волокна основы, расположенные в третьем полотне, и волокна основы, расположенные во втором полотне, являются непрерывными при прохождении через участок пересечения,

причем в любом другом месте, отличном от участка пересечения, третье полотно и второе полотно не переплетены друг с другом,

причем указанные первое, второе и третье полотна образуют угол с по меньшей мере одним другим полотном из остальных полотен.

11. Тканая заготовка по п.8 или 9, в которой первое и второе полотна имеют поперечное сечение в форме, выбранной из группы, включающей формы поперечного сечения H-образной балки, I-образной балки, Т-образной балки, L-образной балки и π-образной балки.

12. Тканая заготовка по любому из пп.8-10, в которой каждое из первого и второго полотен представляет собой С-образную балку.

13. Композитная опорная конструкция, содержащая тканую заготовку по п.8 и материал матрицы.

14. Способ формирования тканой заготовки, в котором

ткут по меньшей мере три полотна, содержащие волокна основы, переплетенные с волокнами утка, при этом каждое тканое полотно имеет первое полотно, сотканное поверх второго полотна в первой части тканой заготовки,

переплетают каждое из указанных по меньшей мере трех полотен с по меньшей мере одним из остальных полотен на соответствующем участке пересечения, так что каждое тканое полотно имеет по меньшей мере два участка пересечения,

причем после каждого участка пересечения указанных по меньшей мере трех тканых полотен пересекающееся полотно, сотканное поверх другого полотна, ткут под указанным другим полотном,

причем волокна основы, расположенные в пересекающихся полотнах, являются непрерывными при прохождении через каждый участок пересечения, и

волокна основы, расположенные по краям указанных по меньшей мере трех полотен, являются свободными на каждом участке пересечения.

15. Способ по п.14, в котором каждое из указанных по меньшей мере трех полотен представляет собой однослойное или многослойное полотно.

16. Способ по п.14 или 15, в котором поворачивают указанные по меньшей мере три полотна вокруг участков пересечения, так что эти по меньшей мере три полотна образуют угол с по меньшей мере одним другим полотном из указанных по меньшей мере трех полотен.

17. Способ по любому из пп.14-16, в котором имеются четыре полотна, при этом каждое полотно пересекается с двумя другими полотнами.

18. Способ по п.17, в котором отгибают края каждого из четырех полотен с созданием С-образной балки.

19. Способ по любому из пп.14-16, в котором отгибают края каждого из указанных по меньшей мере трех полотен для придания поперечному сечению формы, выбранной из группы, включающей формы поперечного сечения H-образной балки, I-образной балки, Т-образной балки, L-образной балки и π-образной балки.

20. Способ по любому из пп.14-16, в котором отгибают края каждого из указанных по меньшей мере трех полотен с созданием С-образной балки.

21. Способ формирования композитной опорной конструкции, в котором формируют тканую заготовку в соответствии со способом по п.18 и пропитывают указанную тканую заготовку материалом матрицы.

22. Способ формирования композитной опорной конструкции, в котором формируют тканую заготовку в соответствии со способом по п.20 и пропитывают указанную тканую заготовку материалом матрицы.

23. Тканая заготовка, содержащая

по меньшей мере три тканых полотна, имеющих волокна основы, переплетенные с волокнами утка, при этом каждое тканое полотно имеет первое полотно, сотканное поверх второго полотна в первой части тканой заготовки,

причем каждое из указанных по меньшей мере трех тканых полотен переплетено с по меньшей мере одним полотном из остальных полотен на соответствующем участке пересечения, так что каждое тканое полотно имеет по меньшей мере два участка пересечения,

при этом после каждого участка пересечения по меньшей мере трех тканых полотен пересекающееся полотно, сотканное поверх другого полотна, соткано под указанным другим полотном,

причем волокна основы, расположенные в указанных пересекающихся полотнах, являются непрерывными при прохождении через каждый участок пересечения, и

волокна основы, расположенные по краям указанных по меньшей мере трех полотен, являются свободными на каждом участке пересечения.

24. Тканая заготовка по п.23, в которой каждое из указанных по меньшей мере трех полотен представляет собой однослойное или многослойное полотно.

25. Тканая заготовка по п.23 или 24, в которой указанные по меньшей мере три полотна образуют угол с по меньшей мере одним другим полотном из указанных по меньшей мере трех полотен.

26. Тканая заготовка по любому из пп.23-25, в которой указанные по меньшей мере три полотна имеют поперечное сечение в форме, выбранной из группы, включающей формы поперечного сечения H-образной балки, I-образной балки, Т-образной балки, L-образной балки и π-образной балки.

27. Тканая заготовка по любому из пп.23-25, в которой имеются четыре полотна, при этом каждое полотно пересекается с двумя другими полотнами.

28. Тканая заготовка по п.27, в которой каждое из указанных четырех полотен представляет собой С-образную балку.

29. Тканая заготовка по п.25, в которой каждое из указанных по меньшей мере трех полотен представляет собой С-образную балку.

30. Композитная опорная конструкция, содержащая тканую заготовку по п.28 и материал матрицы.

31. Композитная опорная конструкция, содержащая тканую заготовку по п.29 и материал матрицы.

Images