复合层压板制造技术

提出一种复合层压板。复合层压板包括具有非传统角度的多个板层。多个板层的每个具有相应的形状，被配置为最小化遍历所有多个板层的板层边界的整体长度。复合层压板具有的刚度等于传统复合层压板的期望刚度。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请涉及于2015年8月26日提交的美国专利申请序列号No.14/836,333、标题为“板层混合和层叠顺序”的专利申请，通过引用将其全部内容结合于本文中。
本公开总体上涉及复合结构，具体地，涉及复合结构的铺层(layup，)。更加具体地，本公开涉及用于确定复合结构的铺层的方法和设备。
技术介绍
以越来越大比例的复合材料设计和制造飞行器。在飞行器中使用复合材料以减少飞行器的重量。这些减少的重量改善了性能特征，如有效载重量和燃油效率。进一步地，复合材料为飞行器中的各种组件提供了更长的使用寿命。复合材料可以是通过将两种以上功能性成分组合所产生的坚硬的、轻型材料。例如，复合材料可包括结合在聚合物树脂基质中的增强性纤维。在复合材料中使用的树脂可包括热塑性树脂或热固性树脂。热塑性材料可在加热时变软并可在冷却时变硬。热塑性材料可重复地被加热和冷却。热固性材料可在加热时变硬。纤维可以是单向的或者可以采用纺布或织物形式。在制造复合结构中，复合材料层通常铺设在工具上。层可由薄片状的纤维组成。这些薄片可以采用织物的、带子的、纤维束的形式或其他合适的形式。在某些情况中，树脂可被浸渍或预浸透入薄片中。这些类型的薄片通常指的是预浸料。预浸料的不同层可铺设在不同的方向，并且根据制造的复合结构的厚度可使用不同层数。这些层可手动或通过使用如纤维铺放系统的自动化设备铺设。在复合材料层铺设在工具上之后，复合材料层可通过暴露在温度和压力下而被加固或固化，因此形成最终的复合结构。传统的复合结构可包括四种类型的复合层：0度层、45度层、-45度层和90度层。这四个角度可传统上并且广泛地使用于形成复合结构，如复合蒙皮。复合结构的性能可通过改变四种复合层的数量来改变。现在，制造设备的发展使得能够在复合层中使用其他纤维角度。然而，需要设计具有非传统角度的复合层的复合结构的方法。此外，需要方法来分析具有非传统角度的复合层的复合结构的预期性能。因此，期望提供不仅考虑了至少上述某些问题以及其他可能问题的方法和设备。
技术实现思路
在一示意性实施方式中，提出一种复合层压板。复合层压板包括具有非传统角度的多个板层。多个板层的每个相应具有的形状被配置为最小化在全部多个板层上的板层边界的总长度。复合层压板具有的刚度等于传统复合层压板的期望的刚度。在另一示意性实施方式中，提出一种复合层压板。复合层压板包括由具有非传统纤维角度的多个板层构成的多个面板。每个面板与相邻面板共享至少一个板层。特征和功能能够单独在本公开的各种实施方式中实现，或者可与其他实施方式结合，参考下方示意性书和附图能够了解到进一步的细节。附图说明在所附权利要求中陈述被认为是示意性实施方式的特性的新颖特征。然而，示意性实施方式以及优选的使用方式及其目的和特征在参照本公开的示意性实施方式的以下详细描述时将能够最好地得到理解，其中结合附图阅读对本公开的示意性实施方式进行描述，其中：图1是可实施示意性实施方式的飞行器的示意图；图2是根据示意性实施方式的用于确定复合结构的铺设的处理的流程示图；图3是根据示意性实施方式的用于确定复合结构的铺设的处理的流程示意图；图4是根据示意性实施方式的用于形成复合结构的处理的流程示意图；图5A和图5B是根据示意性实施方式的制造环境的框图的示意图；图6是是根据示意性实施方式的复合结构的模型的二维视图的示意图；图7是根据示意性实施方式的多个面板组的示意图；图8是根据示意性实施方式的多个面板组的示意图；图9是根据示意性实施方式的多个面板组的板层顺序的示意图；图10是根据示意性实施方式的板层布置的分解图；图11是根据示意性实施方式的板层顺序中的板层的示意图；图12是根据示意性实施方式的数据处理系统的框图的示意图；图13是根据示意性实施方式的制造环境的框图的示意图；图14是根据示意性实施方式的飞行器制造和保养方法的框图的示意图；以及图15是可实施示意性实施方式的飞行器的框图的示意图。具体实施方式不同的示意性实施方式认识和考虑一个或多个不同的注意事项。例如，不同的示意性实施方式认识和考虑传统复合结构中的复合层的形状，而可不考虑层的形状会如何影响制造率。不同的示意性实施方式认识和考虑期望以非传统的铺层替换传统的复合铺层。例如，如果由非传统铺层形成的组件与传统铺层具有相同的刚度，通常由传统铺层形成的组件可具有期望的特性。不同的示意性实施方式认识和考虑由刚度决定的负荷路径。因此，将会期望非传统铺层与被替换的传统铺层具有相同的刚度。改变一个组件的刚度不仅影响该组件的性能，也影响结构中的其他组件的性能。不同的示意性实施方式认识和考虑因为多种原因期望以非传统铺层替换传统复合铺层。从传统铺层改变为非传统铺层可通过改变纤维角度排列来避免不期望的损伤模式。不同的示意性实施方式认识和考虑，如果组件的原始厚度没有被指定为板层厚度的整数倍，则期望以非传统层压板替换传统层压板。不同的示意性实施方式进一步认识和考虑从传统铺层改变为非传统铺层，可产生具有相同刚度属性但具有不同板层厚度的复合组件。不同的示意性实施方式还认识和考虑某个板层角度会导致不期望的制造结果。因此，不同的示意性实施方式认识和考虑，以非传统铺层替换传统铺层可避免使用可导致不期望的制造结果的某些板层角度。不同的示意性实施方式还认识和考虑，使用层压参数可针对单个非传统复合铺层确定复合层顺序。层压参数是层的层叠顺序的简洁表示。层压参数可以是无量纲参数，与厚度和材料不变量一起独立于板层数量描述层压刚度矩阵。不同的示意性实施方式认识和考虑，复合材料可以是N个板层铺层，具有角度(θ1，θ2，…，θN)和板层位置(z0＝-t/2，z0<z1<z2,…zN＝t/2)，其中t是N个板层的整体厚度。复合材料可使用由方程(1)至(3)定义的12个层压参数(V1A，V2A，V3A，V4A)、(V1B，V2B，V3B，V4B)和(V1D，V2D，V3D，V4D)描述。为了最优化，定义标准化的层压参数是有帮助的。其中存在对层压参数的附加限制条件以保证层压参数的结合是可行的。标准化的层压参数、厚度和刚度矩阵A、B、D之间的关系由方程(8)至方程(10)给出：其中(U1、U2、U3、U4和U5)是仅依赖于板层材料属性的材料不变量，并且定义如下：以及Q22＝G12通过引入如下标准化A、B、D矩阵方程(8)至方程(10)可用矩阵表示法表示：不同的示意性实施方式还认识和考虑：针对复合结构中的相邻非传统复合铺层确定复合层顺序是期望的。然而，在相邻非传统复合铺层的层之间提供连续性的方法是未知的，铺层精确匹配规定的厚度和刚度。例如，对于规定的层压参数集合和层数，可能有无数的层叠顺序。因此找出匹配纤维角度的相邻非传统复合铺层的层叠顺序的组合是不太可能的，并且寻找匹配的层叠顺序将非常耗时。因此，可期望获得用于确定精确匹配期望的厚度和刚度分布的复合结构铺层的方法和设备。例如，可期望获得用于确定非传统复合结构的板层的顺序和相关纤维角度的方法和设备。现在参考附图，并且具体地，参考图1，描述了可实施示意性实施方式的飞行器(aircraft，飞机)的示意图。在此示意性实例中，飞行器100具有附接至机身106的机翼102和机翼104。飞行器100包括附接至机翼1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合层压板，包括：具有非传统角度的多个板层，其中，所述多个板层的每个具有相应的形状，所述多个板层的每个的相应形状被配置为将遍历所有所述多个板层的板层边界的总长度最小化，并且其中，所述复合层压板具有的刚度等于传统复合层压板的期望刚度。

【技术特征摘要】
2015.08.26 US 14/836,3691.一种复合层压板，包括：具有非传统角度的多个板层，其中，所述多个板层的每个具有相应的形状，所述多个板层的每个的相应形状被配置为将遍历所有所述多个板层的板层边界的总长度最小化，并且其中，所述复合层压板具有的刚度等于传统复合层压板的期望刚度。2.根据权利要求1所述的复合层压板，其中，所述多个板层具有矩形边缘。3.根据权利要求1所述的复合层压板，其中，所述复合层压板具有的厚度小于所述传统复合层压板的厚度。4.根据权利要求1所述的复合层压板，其中，所述复合层压板具有多个组，其中，所述多个组的每个组包括所述复合层压板的第一表面的相应部分，并且其中，所述多个组的每个组的相应铺层与所述多个组的每个其他组的相应铺层不同。5.根据权利要求4所述的复合层压板，其中，所述复合层压板具有包括所述多个板层的多个板层顺序，并且其中，所述多个板层顺序的数量至少等于所述多个组的数量乘以层压参数的数量。6.根据权利要求5所述的复合层压板，其中，对于所述多个组中具有少于所述层压参数的数量的板层的厚度差的任意两个组，所述两个组具有仅出现在所述两个组之一中的板层数量至少等于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿德里安娜·威廉普耶·布洛姆，劳拉·舒米·康，迈克尔·安德鲁·埃普顿，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US