專利名稱：成形期間允許層板滑動(dòng)的制造復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開主要涉及復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)的制造，并且更具體地，涉及在平坦復(fù)合材料層板堆中形成輪廓的方法，且其允許在成形過程中的層板滑動(dòng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)堆疊和整理多層復(fù)合材料層合板時(shí)，令人滿意的是維持想得到的層板位置和/或?qū)影迦∠蛞詽M足設(shè)計(jì)要求。在使用熱固性樹脂加強(qiáng)層合板的情況下，由于熱固性聚合物的固有粘性，維持層板位置和取向相對(duì)容易。然而，其他類型的復(fù)合材料，如加強(qiáng)的熱塑樹月旨，會(huì)缺少熱固性材料的粘性。因此，需要將熱塑性樹脂層板支撐或固定在一起，以便在整理及隨后的成形和固結(jié)過程中維持想得到的層板位置和/或取向。當(dāng)使固定的層板堆形成被成輪廓的橫截面部件形狀(如那些具有陡轉(zhuǎn)半徑的轉(zhuǎn)角的形狀)時(shí)，會(huì)存在挑戰(zhàn)。依賴于層板固定的位置，在最終部件中固定會(huì)導(dǎo)致層板的變形、彎曲和/或起皺，這是因?yàn)樵诔尚芜^程中層板相對(duì)于彼此滑動(dòng)的能力被減少。現(xiàn)在，通過固定的試驗(yàn)和誤差放置主要地解決這個(gè)問題。然而，試驗(yàn)和誤差方法是費(fèi)時(shí)的，增加材料廢料并且在消除層板彎曲、變形和/或起皺時(shí)不總是有效。于是，需要一種使用固定的層板以層板聚積來制造成輪廓的復(fù)合材料層合板的方法，其中當(dāng)平坦復(fù)合材料層板堆被形成為具有成輪廓的橫截面形狀的部件時(shí)允許層板滑動(dòng)。也需要一種制造具有層板聚積的成輪廓熱塑層合板的方法，其減少層板彎曲、變形和/或起皺。

發(fā)明內(nèi)容
該公開的實(shí)施例提供了制造具有成輪廓的橫截面形狀的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法，該結(jié)構(gòu)例如加強(qiáng)的熱塑樹脂層合板，其要求以陡轉(zhuǎn)半徑(tight radii)制造具有部分層板聚積的平坦層板堆。在成形過程中該部分層板聚積可以相對(duì)于完整層板自由地滑動(dòng)，這是由于用于維持層板的位置和取向的層板固定物的位置和厚度的原因。完整層板在層板堆的中間區(qū)域被固定在一起，通過層板堆的整個(gè)厚度。部分層板在層板堆的外圍區(qū)域上固定到完整層板中各個(gè)層板上，以便當(dāng)層板堆被形成為成輪廓橫截面形狀和/或繞陡轉(zhuǎn)半徑時(shí)，允許層板滑動(dòng)。根據(jù)一個(gè)公開的實(shí)施例，提供了制造成輪廓的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法，其包括裝配大體上平坦的層板堆和使層板堆成為成輪廓的橫截面形狀。裝配層板堆包括放置多個(gè)完整層板、使完整層板固定在一起、放置至少一個(gè)部分層板并且使所述至少一個(gè)部分層板固定到一個(gè)完整層板。通過在層板堆中大體上通過完整層板的整個(gè)厚度固定完整層板，在層板堆的中間區(qū)域內(nèi)執(zhí)行固定完整層板。在層板堆的外圍區(qū)域內(nèi)，執(zhí)行固定所述至少一個(gè)部分層板。裝配平坦的層板堆也可以包括放置多個(gè)部分層板并且將每個(gè)所述部分層板固定到一個(gè)完整層板。放置所述部分層板可以包括沿著所述完整層板的至少一個(gè)邊緣偏置該部分層板，并且固定所述部分層板包括在部分層板和完整層板之間偏置固定物。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供了裝配平坦復(fù)合材料層板堆的方法，其中當(dāng)層板堆形成成輪廓的橫截面形狀時(shí)，允許層板滑動(dòng)。該方法包括放置多個(gè)完整層板、在層板堆的中間區(qū)域內(nèi)將完整層板固定在一起、通過在至少特定的完整層板之間交織所述部分層板來形成層板聚積以及將每個(gè)部分層板固定到一個(gè)所述完整層板。完整層板和部分層板中的每一個(gè)均可以是纖維加強(qiáng)的熱塑樹脂。又根據(jù)另一個(gè)公開的實(shí)施例，提供了制造在橫截面上具有至少一個(gè)輪廓的復(fù)合材料層合板梁的方法。該方法包括裝配具有梁腹部分和翼緣部分的大體上平坦的層板堆，包括交織完整層板和部分層板。該方法進(jìn)一步包括將完整層板固定在一起并且將每一個(gè)所述部分層板固定到一個(gè)所述完整層板，以便固定有部分層板的每個(gè)完整層板均可以相對(duì)于鄰近的完整層板滑動(dòng)。該方法也包括使平坦的層板堆形成具有梁腹部分和翼緣部分的梁的形狀，包括在梁腹部分和翼緣部分之間的層板堆內(nèi)形成半徑。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供了制造具有成輪廓的橫截面形狀的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括裝配層板堆并形成層板堆。裝配層板堆包括重復(fù)放置至少一個(gè)完整層板、放置至少一個(gè)部分層板并且在所述完整層板的外圍區(qū)域內(nèi)使所述部分層板固定到所述完整層板。在所述完整層板的中間區(qū)域內(nèi)使所述完整層板固定在一起。在已經(jīng)放置所有所述完整層板后，執(zhí)彳了使所述完整層板固定在一起?？傊鶕?jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了制造具有成輪廓的橫截面的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括裝配大體上平坦的層板堆，包括放置多個(gè)完整層板、使完整層板固定在一起、放置至少一個(gè)部分層板、使所述至少一個(gè)部分層板固定到一個(gè)所述完整層板；并且使平坦的層板堆形成成輪廓的形狀。有利地，該方法其中在層板堆的中間區(qū)域內(nèi)執(zhí)行固定完整層板。有利地，該方法其中通過層板堆中的完整層板的大體整個(gè)厚度，執(zhí)行固定完整層板。有利地，該方法其中在層板堆的外圍區(qū)域內(nèi)執(zhí)行固定所述至少一個(gè)部分層板。有利地，該方法其中裝配平坦的層板堆進(jìn)一步包括放置多個(gè)所述部分層板，并且使所述部分層板固定到鄰近一個(gè)所述完整層板。有利地，該方法其中放置所述部分層板包括沿著完整層板的至少一個(gè)邊緣使部分層板相對(duì)于彼此偏置。有利地，該方法其中固定所述部分層板包括在部分層板和完整層板之間使固定物相對(duì)于彼此偏置。有利地，該方法其中裝配所述平坦的層板堆包括放置多個(gè)所述部分層板，并且使至少兩個(gè)所述部分層板固定到一個(gè)所述完整層板。有利地，該方法其中所述至少兩個(gè)部分層板分別固定到所述一個(gè)完整層板的相反面。有利地，該方法其中裝配平坦的層板堆包括在完整層板之間放置多個(gè)部分層板，并且分別固定不同數(shù)目的部分層板到兩個(gè)完整層板中的每個(gè)。一種通過該方法制造的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了當(dāng)層板堆被成形為成輪廓的橫截面形狀時(shí)允許層板滑動(dòng)的裝配復(fù)合材料層板堆的方法，包括放置多個(gè)完整層板；在完整層板的中間區(qū)域內(nèi)將完整層板固定在一起；通過在至少特定的完整層板間交織部分層板來形成層板聚積；并且使每一個(gè)所述部分層板固定到一個(gè)所述完整層板。有利地，該方法其中完整層板和部分層板中的每個(gè)均是纖維加強(qiáng)的熱塑樹脂。有利地，該方法其中使每一個(gè)所述部分層板固定到一個(gè)所述完整層板是在所述完整層板的外圍區(qū)域內(nèi)執(zhí)行的。有利地，該方法其中交織所述部分層板包括使所述部分層板相對(duì)于彼此偏置，并且固定所述部分層板包括在所述部分層板和所述完整層板之間偏置所述固定物。有利地，該方法其中使所述完整層板固定在一起包括大體上通過完整層板堆的整個(gè)厚度沿著固定線形成固定物。有利地，該方法其中交織所述部分層板包括沿著完整層板的外邊緣在所述完整層板之間放置所述部分層板。有利地，該方法其中交織所述部分層板包括分別在層板堆的不同區(qū)段內(nèi)在所述完整層板之間交織不同數(shù)目的所述部分層板。又根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供制造具有至少一個(gè)橫截面輪廓的復(fù)合材料層合板梁的方法，包括裝配具有梁腹部分和翼緣部分的大體上平坦的層板堆，包括交織完整層板和部分層板、使完整層板固定在一起、使每一個(gè)部分層板固定到一個(gè)完整層板以便固定有部分層板的每個(gè)完整層板可以相對(duì)于鄰近的完整層板滑動(dòng)；以及使平坦的層板堆形成具有梁腹部分和翼緣部分的梁的形狀，包括在梁腹部分和翼緣部分之間的層板堆內(nèi)形成半徑。有利地，該方法其中交織所述部分層板和所述完整層板包括沿著所述完整層板的邊緣放置所述部分層板以形成層板聚積。有利地，該方法其中使所述完整層板固定在一起是在所述層板堆的中間區(qū)域內(nèi)執(zhí)行的，并且使所述部分層板固定到所述完整層板是在所述層板堆的外圍區(qū)域內(nèi)執(zhí)行的。有利地，該方法其中交織所述部分層板和所述完整層板包括沿著所述完整層板的邊緣使所述部分層板相對(duì)于彼此偏置。一種通過該方法制造的復(fù)合材料層合板梁。又根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了制造具有成輪廓的橫截面的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法，包括通過重復(fù)放置至少一個(gè)完整層板來裝配層板堆，放置至少一個(gè)部分層板，并且在完整層板的外圍區(qū)域內(nèi)使部分層板固定到完整層板；在完整層板的中間區(qū)域內(nèi)使完整層板固定在一起；并且形成和固結(jié)層板堆。有利地，該方法其中在放置所有的完整層板后執(zhí)行使完整層板固定在一起。這些特征、功能和優(yōu)勢(shì)在本公開的各種實(shí)施例中可以獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)或者其可以在其他實(shí)施例中組合在一起，其中可以參考下列說明和附圖理解進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。


在權(quán)利要求中闡明了有利的實(shí)施例的新穎特征。然而，通過參考本公開有利的實(shí)施例的下列詳細(xì)說明，當(dāng)連同附圖理解時(shí)，可以最好地理解有利的實(shí)施例以及優(yōu)選的使用模式、進(jìn)一步其目的和優(yōu)勢(shì)，其中:圖1是根據(jù)本公開的方法制造的具有成輪廓橫截面的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的透視圖的圖解。圖2是用作制造圖1中顯示的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的平坦層板堆的端視圖的圖解。圖3是圖2中顯示的平坦的層板堆的圖解，其被放置在成形工具上以準(zhǔn)備用于堆成形。圖4是類似于圖3的圖解，不過示出圍繞著工具的陡轉(zhuǎn)半徑形成的平坦層板堆。圖5是圖2中命名為圖5的區(qū)域的圖解，其顯示若干個(gè)層板被暴露出以更好地展現(xiàn)層板之間固定物的位置，以虛線示出的完整層板固定物的替代性位置。圖6到圖9圖解圖2中顯示的平坦的層板堆的相繼層板成形部件的堆疊和固定。圖10是顯示成形過程之后平坦層板堆的若干個(gè)剖視層板的截面圖的圖解。圖11是類似于圖5的視圖的圖解，但是顯示分別固定到各完整層板邊緣的成組的兩個(gè)部分層板。圖12是類似于圖5的視圖的圖解，但是顯示分別固定到各完整層板相反面的兩個(gè)部分層板。圖13是圖2中顯示的平坦的層板堆的平面圖的圖解，其顯示連續(xù)固定物的使用。圖14是類似于圖13的圖解，但是顯示點(diǎn)固定物的使用。圖15是類似于圖13的圖解，但是顯示彼此相互隔開的線固定物。圖16是允許成形期間的層板滑動(dòng)的、制造具有成輪廓橫截面的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖的圖解。圖17是制造方法的另一個(gè)實(shí)施例的流程圖的圖解。圖18是飛機(jī)生產(chǎn)和使用方法學(xué)的流程圖的圖解。圖19是飛機(jī)的方框圖的圖解。
具體實(shí)施例方式本公開的實(shí)施例包括制造復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法，例如但不限于，具有在說明的示例中是C形的成輪廓橫截面形狀的梁20。梁20的C形橫截面是分別由梁腹部分22和一對(duì)大體平行的翼緣部分24、26形成的。梁腹部分22通過相對(duì)陡轉(zhuǎn)半徑的拐角45連接到每個(gè)翼緣部分24、26。翼緣部分24、26包括形成翼緣加固物28的層板聚積，該加固物28可以增加梁20的剛性。并且這里使用的“輪廓”指需要平坦層板堆30(圖2)繞相對(duì)陡轉(zhuǎn)半徑(如切成圓角的拐角45)成形的輪廓或者非平面形狀。如下面所述，梁20可以包括纖維加強(qiáng)樹脂的層壓層板，如但不限于，熱塑性塑料，其以允許在梁20成形期間的層板滑動(dòng)的方式被固定在一起。纖維加強(qiáng)可以是單向的或雙向的。雖然在例示性實(shí)施例中說明了梁20，但是本公開的方法可以應(yīng)用于制造各式各樣的具有不同橫截面形狀的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其具有由層板聚積形成的一個(gè)或更多特征?，F(xiàn)在參考圖2，通過裝配大體上平坦的、矩形形狀的層板堆30來制造圖1中顯示的復(fù)合材料梁20，該層板堆包括纖維加強(qiáng)樹脂(如熱塑樹脂)的多個(gè)整理的單獨(dú)平坦層板
35。例如，但不限于，熱塑樹脂可以包括聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚苯硫醚(PPS)或聚醚酰亞胺(PEI)。本公開的方法實(shí)施例也可以適用于需要固定的其他類型的聚合樹脂層板，包括但不限于沒有所需粘性的熱固樹脂，以及由熱塑塑料和熱固樹脂混合而成的雜化樹脂。平坦的層板堆30具有寬度W并且包括側(cè)接有翼緣部分24、26的梁腹部分22。平坦的層板堆30的邊緣30a、30b每一個(gè)都包括層板斜面28a，其形成圖1中顯示的加固物28。如下面更詳細(xì)地討論，層板35可以由樹脂形成的，如熱塑塑料，其缺乏足夠的粘性來將層板相對(duì)于彼此保持在想要的位置或取向。根據(jù)本公開的實(shí)施例，特定層板35可以以如下方式固定在一起，即當(dāng)繞工具輪廓或半徑形成層板堆30時(shí)維持相對(duì)層板位置和/或取向且同時(shí)允許層板35相對(duì)于彼此滑動(dòng)。使用若干合適的制造技術(shù)和設(shè)備中的任一種，圖2中顯示的平坦層板堆30可以形成圖1中顯示的梁20。為了容易描述，圖3和圖4中顯示的簡(jiǎn)單成形工具32可以用作心軸，在該心軸上可以形成平坦層板堆30。特別參考圖3和圖4，成形工具32包括平坦的上部工具表面34，其通過圓角拐角45a連接到一對(duì)大體平行的側(cè)工具表面36、38。平坦層板堆30的梁腹部分22可以被放置在上部工具表面34上(圖3)，如圖4顯示，接下來翼緣部分24、26繞拐角45a向下形成40到工具表面36、38上。如上所述，其他設(shè)備和技術(shù)可以用來實(shí)現(xiàn)該成形過程，包括但不限于2011年8月25日公開的美國專利公開號(hào)20110206906以及2007年8月2日公開的美國專利公開號(hào)20070175575所描述的連續(xù)遞增成形過程，在這里以參考的方式并入所述專利公開的整個(gè)公開。在上述專利公開中，在預(yù)先固結(jié)階段(沒有顯示)的固結(jié)(沒有顯示)用來加熱并且部分形成平坦層板堆30，接下來固結(jié)用來完全地形成和固結(jié)層板堆30成為最終部件?，F(xiàn)在參考圖5，平坦的層板堆40包括多個(gè)整理的完整層板35a和階梯狀或斜面狀以形成層板斜面28a的多個(gè)交織的部分邊緣層板35b。完整層板35a延伸過幾乎平坦層板堆30的整個(gè)寬度W。部分邊緣層板35b位于平坦層板堆30的外邊緣30a、30b處，與完整層板35a重疊。部分邊緣層板35b橫向延伸超過完整層板35a的外邊緣46,并且相對(duì)于彼此偏置以形成層板斜面28a。在圖5顯示的實(shí)施例中，在層板堆30的外圍區(qū)域65內(nèi)，靠近完整層板35a的外邊緣46，每個(gè)所述部分邊緣層板35b通過固定物44固定到完整層板35a中的一個(gè)。因此，固定物44是雙層板固定物。固定物44相對(duì)于彼此偏置，類似于部分邊緣層板35b的偏置。每個(gè)固定物44可以通過在部分邊緣層板35b和完整層板35a之間的局部層間熔融而產(chǎn)生，其通過使用合適的方法實(shí)施，例如但不限于，加熱堆疊或超聲波焊接。完整層板35a在層板堆30的中間區(qū)域55內(nèi)固定在一起。在一個(gè)實(shí)施例中，通過全厚度固定物42在中間區(qū)域55內(nèi)將完整層板35a固定在一起，該全厚度固定物42在中間區(qū)域55內(nèi)延伸穿過大體上層板堆30的整個(gè)厚度并且大體上位于單個(gè)平面41之內(nèi)，以維持全局的層板取向和層板邊界位置。在已經(jīng)放置和整理完整層板35a并且已經(jīng)放置部分層板35b并使其固定到完整層板35a之后，通過使所有完整層板35a在單次被固定在一起，可以形成全厚度固定物42。在另一個(gè)實(shí)施例中，如下述圖6到圖9會(huì)變明顯的，隨著完整層板35a相繼放置在彼此頂部上，全厚度固定物42可以形成為完整層板35a之間的一系列豎直對(duì)齊的單個(gè)固定物。替代性地，通過在層板放置過程中使超過兩個(gè)的完整層板35a在單次被固定在一起，可以形成全厚度固定物42。在圖5顯示的示例中，全厚度固定物42大體上位于單個(gè)平面41內(nèi)，然而在其他的實(shí)施例中，通過在層板堆50的中間區(qū)域55內(nèi)、在分別位于彼此偏置的平面43內(nèi)的、在兩個(gè)或更多完整層板35a之間的多個(gè)固定物42'、42"、42"，(以虛線顯示)，完整層板35a可以在中間區(qū)域55內(nèi)固定在一起。
在說明的示例中，全厚度固定物42是位于層板堆30中心的單排固定物，然而其他位置是可以的。固定物42可以指多個(gè)層板固定物。選擇固定物42、44的位置，以便其基本不阻礙在下游成形過程期間層間的層板滑動(dòng)和/或束縛住固定物42、44之間的層板材料。例如，在圖1顯示的梁20的情況下，應(yīng)該避免固定物穿過翼緣部分24、26的完整厚度，因?yàn)樵谶@個(gè)區(qū)域內(nèi)的完整厚度固定物會(huì)阻止層板35在這個(gè)區(qū)域內(nèi)相對(duì)于彼此滑動(dòng)。當(dāng)已經(jīng)裝配平坦層板堆30后，使用合適的設(shè)備，如超聲波切割器(沒有顯示)沿著裁邊線如48a、48b,48修剪層板堆30的外圍區(qū)域65。需要對(duì)層板堆30的這種修剪，以便使得平坦層板堆30的外邊緣對(duì)齊于固結(jié)工具(沒有顯示)并且達(dá)到要求的固結(jié)壓力，或者產(chǎn)生在固結(jié)后不需要修剪或需要非常少的修剪的凈形的最終部件。圖6到圖9說明放置三個(gè)完整層板35a1、35a2、35a3和兩個(gè)部分邊緣層板351^35 的相繼步驟。參考圖6，放下第一個(gè)完整層板35 之后，在第一個(gè)完整層板35 的上面放置第一個(gè)部分邊緣層板35bi，其與第一個(gè)完整層板35 的外邊緣46重疊。然后，第二個(gè)完整層板35a2被放置在第一個(gè)完整層板35ai上,與第一個(gè)部分邊緣層板351^重疊。接著,在中間區(qū)域55內(nèi)在兩個(gè)完整層板35a1、35a2之間形成第一個(gè)固定物42a。如圖7顯示，在完整層板35a2和第一個(gè)部分邊緣層板35bi之間也形成固定物44b。參考圖8，第二個(gè)部分邊緣層板35b2被放置在完整層板35a2的邊緣46上，且距固定物44a橫向向外間隔開。接著，如圖9顯示，放置第三個(gè)完整層板35a3。第三個(gè)完整層板35a3的外邊緣46與第二個(gè)部分層板35b2重疊，并且在部分層板35bi和完整層板35a3之間形成第二個(gè)固定物44b，其剛好在第一個(gè)固定物44a的外側(cè)。在完整層板35a3和底層完整層板35a2之間形成固定物42b。重復(fù)圖6-9顯示的過程，直到完全裝配好平坦層板堆30。完整層板和部分邊緣層板35a、35b的放置和固定的各種變化也是可能的。例如，如上所述，在所有完整層板35a放置和整理后，可以形成全厚度固定物42a，而不是隨著放置各個(gè)完整層板35a來形成一系列單個(gè)的固定物。同樣地，通過一個(gè)雙層板固定物44a，每個(gè)部分邊緣層板35b可以附接到任意鄰近的完整層板35a ;因此，在圖6-9顯示的示例中，通過固定物44a，部分層板35匕可以附接到底層完整層板35a1;而不是附接到重疊的完整層板35a2。類似地，通過一個(gè)雙層板固定物44b，部分層板35b2可以附接到底層完整層板35a2，而不是連接到重疊的完整層板35a3。進(jìn)一步，雖然在層板堆 30中完整層板和部分層板35a、35b分別被示為其次序交替，但是從下述進(jìn)一步說明的實(shí)施例中顯然看出其不需要是交替的。圖10說明在圖3和圖4顯示的工具32上形成層板堆30之后，層板35a和35b以及圖5顯示的固定物42、44的相對(duì)位置。因?yàn)槔@著工具32的圓角拐角45a(圖3)形成平坦層板堆30，所以當(dāng)隨著形成圓角拐角45(圖1)完整層板35a從較大半徑移動(dòng)到較小的半徑時(shí)，完整層板35a可以相對(duì)彼此自由滑動(dòng)和成形。因?yàn)椴糠诌吘墝影?5b只固定到各個(gè)完整層板35a上，所以每個(gè)部分邊緣層板35b也可以隨同其所固定的完整層板35a —起滑動(dòng)并成形。部分邊緣層板35b固定到各個(gè)鄰近完整層板35a允許相對(duì)的層板滑動(dòng)，從而大體上減少或消除了束縛的層板材料，而這種束縛會(huì)在成形過程中引起層板變形、起皺或彎曲。固定物42在中間區(qū)域55內(nèi)延伸通過完整層板35a整個(gè)厚度維持了在成形和固結(jié)過程期間層板35a、35b的位置和取向。這里應(yīng)該注意的是，雖然已經(jīng)說明偏置的邊緣層板35b以用于沿著翼緣部分24、26產(chǎn)生層板斜面28a，但是本公開的實(shí)施例的原理可以用于產(chǎn)生高度成輪廓的復(fù)合材料橫截面結(jié)構(gòu)的其他特征，包括但不限于具有“ I ”、“T”、“J”或“Z”橫截面形狀的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。同樣地，雖然顯示層板斜面28a是沿著圖5中顯示的層板堆30的兩個(gè)相反邊緣，但是可以通過只沿著一個(gè)邊緣，或者沿著層板堆30的超過兩個(gè)邊緣，或者沿著層板堆30的所有邊緣設(shè)置部分層板35b，從而形成層板聚積。圖11說明替代性實(shí)施例，其中一對(duì)部分邊緣層板35b在44處被固定到各個(gè)完整層板35a。在這個(gè)實(shí)施例中，每對(duì)部分邊緣層板35b在成形過程中可以隨著其所附接的完整層板35a滑動(dòng)。在其他實(shí)施例中，可以固定超過兩個(gè)部分層板35b到各個(gè)鄰近完整層板35a。在這個(gè)例示性實(shí)施例中，部分層板35b位于其所固定的完整層板35a的下方，然而在其他實(shí)施例中，這些部分層板35b實(shí)際上可以位于其所固定的完整層板35a的上方。圖12仍說明另一個(gè)實(shí)施例，其中兩個(gè)部分邊緣層板35b通過固定物44分別附接到各個(gè)完整層板35a的相反兩面上。也可以使超過一個(gè)部分邊緣層板35b附接到一個(gè)或更多個(gè)完整層板35a的每側(cè)。同樣地，如在這個(gè)示例中顯示的，至少特定的完整層板35a'沒有任何部分邊緣層板35b固定到其上。同樣地，固定到每個(gè)完整層板35a的部分層板35b的數(shù)目可以變化。例如，在層板堆30的一個(gè)區(qū)段，一個(gè)部分邊緣層板35b固定到完整層板35a，而在層板堆30的其他區(qū)段上，兩個(gè)或更多部分層板35b固定到各個(gè)完整層板35a。如上述示例，固定物44的位置和深度允許部分層板35b隨同其所固定的完整層板35a —起成形，并且允許在成形過程中完整層板35a相對(duì)于彼此滑動(dòng)。如上所述，使用若干合適的方法中的任一種，包括加熱堆疊和超聲波焊接，可以形成固定物42、44。固定物42、44可以是連續(xù)的或者也可以是不連續(xù)的。例如，圖13說明沿著平坦層板堆30的長度大體上是連續(xù)的固定物42、44。替代性地，如圖14所顯示，沿著層板堆30的長度在各個(gè)彼此分隔開的點(diǎn)，形成固定物42、44。仍然在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖15所顯示，沿著線來形成每個(gè)固定物42、44，所述線沿著層板堆30的長度彼此分隔開?，F(xiàn)在注意圖16，其說明制造具有成輪廓的橫截面形狀的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法的一個(gè)實(shí)施例的整體步驟，在成形過程期間其允許層板滑動(dòng)以減少或消除層板彎曲、變形和/或起皺。在50中，裝配平坦的層板堆30，之后其在52中成形和固結(jié)。在成形和固結(jié)過程52期間，各個(gè)完整層板35a連同部分邊緣層板35b —起可以相對(duì)彼此滑動(dòng)。在50處裝配平坦的層板堆30包括在步驟54處放置至少兩個(gè)完整層板35a以及在步驟56處放置至少一個(gè)部分層板35b。在步驟58處，在層板堆30的外圍區(qū)域65內(nèi)使所述至少一個(gè)部分層板35b固定到鄰近的單獨(dú)一個(gè)完整層板35a。在步驟60處，要么在層板堆30裝配好之后，要么隨著放置完整層板和部分邊緣層板35a、35b而遞增地進(jìn)行，在層板堆30的中間區(qū)域55內(nèi)使在54處放置的完整層板35a固定在一起。圖17說明本公開的制造方法的替代性實(shí)施例。類似于圖16顯示的實(shí)施例，在50處，裝配平坦的層板堆30，之后其在52處成形和固結(jié)。在成形和固結(jié)過程52期間，各個(gè)完整層板35a連同部分邊緣層板35b —起可以相對(duì)彼此滑動(dòng)。在步驟62，放置至少一個(gè)完整層板35a，并且在步驟64處放置至少一個(gè)部分層板35b。在步驟66，使在64處被放置的一個(gè)或更多個(gè)部分層板35b被固定到鄰近的一個(gè)完整層板35a。如上所述，在步驟66，在完整層板35a的任一側(cè)或兩側(cè)上多個(gè)部分層板35b可以固定到單獨(dú)一個(gè)完整層板35a。相繼重復(fù)步驟62、64、66和視情況而定的步驟68，直到裝配和整理好整個(gè)平坦的層板堆30。替代性地，如前所述，在放置了所有完整層板35a后可以執(zhí)行步驟68。
本公開的實(shí)施例可以用在各種可能的應(yīng)用中，特別是在運(yùn)輸業(yè)中，包括例如航空航天和其他應(yīng)用。因此，現(xiàn)在參考圖18和圖19，本公開的實(shí)施例可以用在如圖18顯示的飛機(jī)制造和使用方法70中，以及如圖19顯示的飛機(jī)72中。本公開實(shí)施例的飛機(jī)應(yīng)用包括，例如但不限于，制造各式各樣的復(fù)合材料部件和組件的任一種，如加勁桿構(gòu)件，包括梁、桁和縱梁，僅舉幾個(gè)例子。在預(yù)生產(chǎn)期間，例示性方法70可以包括飛機(jī)72的規(guī)格和設(shè)計(jì)74以及材料采購76。在生產(chǎn)期間，發(fā)生部件和子組件制造78以及飛機(jī)72的系統(tǒng)集成80。其后，飛機(jī)72可以經(jīng)歷認(rèn)證和交付82以便被投入使用84。當(dāng)由顧客使用時(shí)，飛機(jī)72例行進(jìn)行維修和保養(yǎng)86，這也可以包括修改、重構(gòu)、翻新等。方法70的每個(gè)過程可以由系統(tǒng)綜合者、第三方和/或操作者(如顧客)執(zhí)行或?qū)嵤榱苏f明的目的，系統(tǒng)綜合者可以包括但不限于，任何數(shù)目的飛機(jī)廠商和主要系統(tǒng)轉(zhuǎn)包商；第三方包括但不限于，任何數(shù)目的賣主、轉(zhuǎn)包商和供應(yīng)商；并且操作者可以是航空公司、租賃公司、軍事實(shí)體、服務(wù)機(jī)構(gòu)等。如圖19所顯示，由例示性方法70產(chǎn)生的飛機(jī)72可以包括具有多個(gè)系統(tǒng)90的機(jī)身88以及內(nèi)部92。高級(jí)系統(tǒng)90的示例包含推進(jìn)系統(tǒng)94、電氣系統(tǒng)96、液壓系統(tǒng)98和環(huán)境系統(tǒng)100中的一個(gè)或更多個(gè)?？梢园ㄈ我鈹?shù)目的其他系統(tǒng)。雖然顯示了航天航空的示例，本公開的原理可以應(yīng)用到其他工業(yè)中，如海運(yùn)業(yè)和汽車工業(yè)。這里實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)和方法可以用在生產(chǎn)和使用方法70的任何一個(gè)或多個(gè)階段。例如，以類似于當(dāng)飛機(jī)72在使用中產(chǎn)生的部件或子組件的方式，可以制造或生產(chǎn)對(duì)應(yīng)于生產(chǎn)過程78的部件或子組件。在生產(chǎn)階段78和80中，可以使用一個(gè)或更多裝置實(shí)施例、方法實(shí)施例或其組合，例如，通過大體上加速飛機(jī)72的裝配或減少飛機(jī)72的費(fèi)用。類似地，當(dāng)飛機(jī)72在使用時(shí)，可以使用一個(gè)或多個(gè)裝置實(shí)施例、方法實(shí)施例或其組合，例如但不限于，用于維修和保養(yǎng)86。為了說明和描述的目的，提出了不同的有利實(shí)施例的說明，并且其目的不是詳盡或限制公開形式的實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員，很顯然有很多修改和變化。進(jìn)一步，不同的有利實(shí)施例可以提供與其他有利實(shí)施例相比的不同優(yōu)點(diǎn)。選擇和描述選擇的實(shí)施例或多個(gè)實(shí)施例，目的是最好地解釋本實(shí)施例、本實(shí)際應(yīng)用的原理，并且使本領(lǐng)域其他技術(shù)人員理解具有各種修改的各種實(shí)施例的公開適用于預(yù)期的特定使用。
權(quán)利要求
1.一種制造具有成輪廓橫截面的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法，其包括:裝配大體平坦的層板堆，包括一 放置多個(gè)完整層板， 使所述完整層板固定在一起， 放置至少一個(gè)部分層板， 使所述至少一個(gè)部分層板固定到所述完整層板中的一個(gè)；以及使所述平坦的層板堆成形成成輪廓形狀。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中固定所述完整層板是在所述層板堆的中間區(qū)域內(nèi)執(zhí)行的。
3.權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中通過在所述層板堆內(nèi)所述完整層板的大體上整個(gè)厚度，執(zhí)行固定所述完整層板。
4.任一項(xiàng)上述權(quán)利要求所述的方法，其中在所述層板堆的外圍區(qū)域內(nèi)執(zhí)行固定所述至少一個(gè)部分層板。
5.任一項(xiàng)上述權(quán)利要求所述的方法，其中裝配所述平坦的層板堆進(jìn)一步包括: 放置多個(gè)所述部分層板，并且 使所述部分層板固定到所述完整層板中的鄰近一個(gè)完整層板。
6.權(quán)利要求5所述的方法，其中放置所述部分層板包括沿著所述完整層板的至少一個(gè)邊緣使所述部分層板相對(duì)于彼此偏置。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其中固定所述部分層板包括在所述部分層板和所述完整層板之間使所述固定物相對(duì)于彼此偏置。
8.任一項(xiàng)上述權(quán)利要求所述的方法，其中裝配所述平坦的層板堆包括: 放置多個(gè)所述部分層板，并且 使至少兩個(gè)所述部分層板固定到所述完整層板中的一個(gè)完整層板。
9.權(quán)利要求8所述的方法，其中所述至少兩個(gè)部分層板分別固定到所述一個(gè)完整層板的相反面。
10.權(quán)利要求8所述的方法，其中裝配所述平坦的層板堆包括:在所述完整層板之間放置多個(gè)部分層板，并且 使不同數(shù)目的所述部分層板分別固定到兩個(gè)所述完整層板中的每一個(gè)。
11.一種由權(quán)利要求1所述的方法制造的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
全文摘要
通過裝配平坦的層板堆并且形成所述層板堆，制造具有成輪廓橫截面的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。穿過其整個(gè)厚度，完整層板被固定在所述層板堆中，并且以能夠使層板相對(duì)于彼此滑動(dòng)的方式，使部分層板固定到單獨(dú)的一個(gè)完整層板上，其防止了成形期間層板的起皺和變形。
文檔編號(hào)B29C53/04GK103144289SQ20121051746
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者R·D·威爾克爾松, J·R·?？怂? C·R·普雷柏爾 申請(qǐng)人:波音公司