用于复合结构的圆角填料及形成其的方法技术

本发明专利技术涉及用于复合结构(30)的圆角填料(390)及形成其的方法(400)。所述方法(400)包括：确定细长空隙空间(38)的横截面形状，所述细长空隙空间在由复合材料(31)的多个层片(48)限定的过渡区(40)内延伸；以及确定过渡区(40)的材料性能域。所述方法(400)还包括：通过以下步骤形成圆角填料(390)：组合多段复合带(160)以限定与细长空隙空间(38)的横截面形状对应的圆角填料(390)横截面形状；以及至少部分地基于过渡区(40)的材料性能域来确定多段复合带(160)中的每段复合带的多段增强纤维(90)的取向。圆角填料(390)包括具有选择性取向的增强纤维(90)的圆角填料(390)。复合结构(30)包括圆角填料(390)。

【技术实现步骤摘要】

本公开总体上涉及可用于填充复合结构内的空隙空间的圆角填料，更特别地，涉及材料性能与周围复合结构的材料性能对应的圆角填料和/或形成该圆角填料的系统和方法。
技术介绍
复合结构常包括层合结构，在该层合结构中，诸如预浸渍(或预浸)材料的复合材料的片材可弯曲、卷曲和/或以其它方式在第一平面或表面和第二平面或表面之间延伸。复合材料的片材的有限厚度和/或机械刚性导致第一表面和第二表面之间的过渡区中的有限弯曲或曲率半径；并且在一些几何结构中，空隙空间中的这个有限曲率半径导致复合材料的相邻片材之间的空隙空间或腔体。这个空隙空间可被诸如圆角填料的填料材料填充或以其它方式被占据。圆角填料可被构造成为与之毗邻的复合材料片材提供机械支承和/或减小在复合结构正在卷曲时复合材料片材变形的可能性。虽然圆角填料的存在可为复合结构提供各种益处，但圆角填料的几何结构、横截面形状和/或材料性能与限定空隙空间的复合材料的几何结构、横截面形状和/或材料性能之间的差异会在形成和/或固化复合结构期间使复合结构和/或圆角填料变形。因此，可有利的是，使圆角填料的形状紧密地匹配空隙空间的形状或期望的形状。另外，还可有利的是，使圆角填料的材料性能匹配复合材料的片材和/或所得复合结构的材料性能。传统的圆角填料常常利用单段复合材料，该复合材料在多个位置起皱从而形成可折叠形状，然后成型为最终的期望形状。另选地，传统的圆角填料可利用堆叠在彼此之上的多段复合材料，以形成多个平行平面的复合材料。这些方法都无法允许密切控制圆角填料的形状和/或材料性能，更别提使形状和/或材料性能匹配周围叠层的形状和/或材料性能。因此，存在改进的用于复合结构的圆角填料以及改进的用于制造圆角填料的系统和方法的需要。
技术实现思路
本文中公开了用于复合结构的圆角填料、包括圆角填料的复合结构、形成其的系统和方法。所述方法包括:确定细长空隙空间的横截面形状，所述细长空隙空间在由复合材料的多个层片限定的过渡区内延伸；以及确定所述过渡区的材料性能域。所述方法还包括通过以下步骤形成圆角填料:组合多段复合带以限定与所述细长空隙空间的横截面形状对应的圆角填料横截面形状；以及至少部分地基于所述过渡区的所述材料性能域来确定所述多段复合带中的每段复合带的多段增强纤维的取向。在一些实施方式中，确定所述细长空隙空间的横截面形状的步骤包括:对所述复合结构进行建模；和/或确定所述细长空隙空间的期望的横截面形状。在一些实施方式中，确定所述过渡区的所述材料性能域的步骤包括:对所述复合结构的至少一部分进行建模。在一些实施方式中，确定所述多段复合带中的每段复合带的多段增强纤维的取向的步骤包括:确定取向，使得所述圆角填料的材料性能域对应于所述过渡区的所述材料性能域。在一些实施方式中，确定所述多段复合带中的每段复合带的多段增强纤维的取向的步骤包括:确定取向，使得所述圆角填料的所述材料性能域在阈值材料性能域差异内匹配于所述过渡区的所述材料性能域。在一些实施方式中，确定所述过渡区的所述材料性能域的步骤包括:确定所述过渡区的二维材料性能域和/或三维材料性能域。在一些实施方式中，所述过渡区的所述材料性能域包括所述过渡区的刚性域、所述过渡区的热膨胀系数域、和/或所述过渡区的应力域。在一些实施方式中，确定所述过渡区的所述材料性能域的步骤包括:确定所述过渡区内的主应力区和/或确定所述主应力区内的主应力方向。在一些实施方式中，确定所述多段复合带中的每段复合带的多段增强纤维的取向的步骤包括:确定取向，使得所述多段复合带中的至少一段复合带限定相应的纤维轴方向，该相应的纤维轴方向在所述圆角填料的位于所述主应力区内的一部分内延伸和/或至少基本上平行于所述主应力方向延伸。在一些实施方式中，所述方法还包括:至少部分地基于所述细长空隙空间的所述横截面形状和/或所述过渡区的所述材料性能域来确定所述多段复合带中的每段复合带内的纤维轴方向。在一些实施方式中，所述方法还包括:至少部分地基于所述细长空隙空间的所述横截面形状和/或所述过渡区的所述材料性能域来建立所述圆角填料内的所述多段复合带中的每段复合带的相对位置。在一些实施方式中，组合多段复合带的步骤包括:进行组合，使得限定所述圆角填料的外表面的各段复合带的纤维轴方向的取向被确定成平行于所述圆角填料的纵轴。在一些实施方式中，组合多段复合带的步骤包括:将多段复合带接纳在成形模具的多个第一开口中；将多段复合带按压成在所述成形模具内抵靠着彼此，以形成所述圆角填料；以及从所述成形模具的第二开口取出所述圆角填料。在一些实施方式中，所述方法还包括:将圆角填料定位在复合结构内。圆角填料包括具有选择性取向的增强纤维的圆角填料。圆角填料包括多段复合带并且多段复合带中的每段复合带均包括相应的多段增强纤维。多段复合带中的每段复合带中的多段增强纤维限定基于过渡区的材料性能域选择的相应的纤维轴方向。在一些实施方式中，所述圆角填料的所述材料性能域对应于所述过渡区的所述材料性能域。在一些实施方式中，所述圆角填料的所述材料性能域在阈值材料性能域差异内匹配于所述过渡区的所述材料性能域。复合结构包括会合于过渡区内以限定细长空隙空间的复合材料的多个层片和圆角填料。在一些实施方式中，复合结构包括航空器和/或航空器的一部分。【附图说明】图1是根据本公开的可包括可利用圆角填料的一个或多个复合结构的航空器的例证性非排他性示例的示意性表现。图2是根据本公开的复合结构的例证性非排他性示例的示意性表现。图3是根据本公开的可包括和/或利用圆角填料的复合结构的过渡区的示意性剖视图。图4是可用于根据本公开的系统和方法的一段复合带的示意性顶视图。图5是可用于根据本公开的系统和方法的一段复合带的另一个示意性顶视图。图6是可用于根据本公开的系统和方法的一段复合带的另一个示意性顶视图。图7是根据本公开的圆角填料的剖视图。图8是根据本公开的用于形成圆角填料的系统和/或根据本公开的可在成形模具中相组合以制作圆角填料的多段复合带的纤维轴方向的示意性表现。图9是根据本公开的成形模具的示意性表现。图10是图9的成形模具的另一个示意性表现。图11是图10的成形模具的另一个示意性表现。图12是示出根据本公开的形成圆角填料的方法的流程图。【具体实施方式】图1至图12提供了圆角填料390、包括圆角填料390的复合结构30、和/或制造圆角填料的系统100和方法400的示例。在图1至图12中的每个图中，用类似的标号标记用于类似或基本上类似目的的元件，并且本文中可能不会参照图1至图12中的每个图都详细地讨论这些元件。类似地，在图1至图12中的每个图中，可能不会标记所有元件，但为了一致，在本文中可利用与这些元件关联的参考标号。在不脱离本公开的范围的情况下，本文中参照图1至图12中的一个或多个讨论的元件、组件和/或特征可被包括在图1至图12中的任一个中和/或被用于图1至图12中的任一个。总体上，用实线示出有可能被包括在给定(即，特定)实施方式中的元件，而用虚线示出对于给定实施方式来说可选的元件。然而，用实线示出的元件不是所有实施方式都必需的，并且在不脱离本公开的范围的情况下，在特定实施方式中可省略用实线示出的元件。图1是可包括一个或多个复合结构30的航空器20的例证性非排他性示例的示意性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成用于复合结构(30)的圆角填料(390)的方法(400)，其中，所述复合结构(30)包括会合于过渡区(40)内以限定细长空隙空间(38)的复合材料(31)的多个层片，进一步地，其中，所述圆角填料(390)被构造成在所述细长空隙空间(38)内延伸，所述方法(400)包括：确定所述细长空隙空间(38)的横截面形状；确定所述过渡区(40)的材料性能域；以及形成所述圆角填料(390)，其中，该形成所述圆角填料(390)的步骤包括：组合多段复合带(160)，以限定与所述细长空隙空间(38)的所述横截面形状对应的圆角填料(390)横截面形状，其中，所述多段复合带(160)中的每段复合带均包括树脂材料(92)和相应的多段增强纤维(90)，进一步地，其中，所述多段复合带(160)中的每段复合带均限定纤维轴方向(162)；以及至少部分地基于所述过渡区(40)的所述材料性能域来确定所述多段复合带(160)中的每段复合带的所述多段增强纤维(90)的取向。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·麦卡维尔，J·C·古斯曼，J·O·比克兰德，R·S·蒂德韦尔，R·L·安德森，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US