由纤维增强塑料制成的具有降低的拉开应力的部件、及其制造方法技术

本发明专利技术提出了一种由纤维增强塑料制成的部件(2)，所述部件具有第一表面部分(4)、第二表面部分(6)、以及由所述第一表面部分和所述第二表面部分封围的过渡部分(8)，其中，所述第一表面部分和所述第二表面部分的表面切线(16a，16b，16c)至少在与所述过渡部分相邻的区域中不平行，其中，所述过渡部分具有以切向恒定方式邻接相邻的表面部分的曲率，其中，由纤维增强塑料制成的至少两层的布置从所述第一表面部分延伸、经过所述过渡部分、到达所述第二表面部分，并且其中，所述层中的至少一个层处的纤维(14)在所述第一表面部分和所述第二表面部分上以不变的取向行进，并且在所述过渡部分上沿行进方向以侧向偏移、偏转或弯曲的方式行进。式行进。式行进。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】由纤维增强塑料制成的具有降低的拉开应力的部件、及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种由纤维增强塑料制成的部件、一种具有这种部件的交通工具、以及一种用于生产这类部件的方法。

技术介绍

[0002]由纤维增强塑料制成的部件被设计用于多种不同的最终用途应用。在部件的设计中，纤维的取向和路线(course)、纤维层片的数量、以及扩张部分之间的过渡适应于预期载荷。不仅仅大规格部件，小规格部件也很普遍，其中几何设计相对简单。例如，在由纤维增强塑料制成的飞行器机身的设计中，已知的做法是采用多个角形部件(被称为“支架”)，这些角形部件固定到机身内侧并且承载各种其他部件(比如布置在机身周边的侧部上的框架)。
[0003]这些类型的部件通常设置有至少两个表面部分，这两个表面部分彼此成一定角度设置并且经由弯曲的过渡部分彼此接合。表面部分可以例如大体上彼此垂直。由于材料的典型的各向异性特性，挠曲应力和厚度方向上的应力的强耦合在过渡部分中是明显的。层间剥离应力可能在部件加载期间出现，因为在外部载荷作用下在过渡部分中，部件变得拉伸并且额外地逆着其曲率方向弯曲。剥离应力的径向分量可能导致层状构造内的各个层片在过渡部分中彼此分开。为了防止这种情况，已知的做法是赋予过渡区域稍微复杂一些的形状。
[0004]为此目的，例如，DE 10 2011 017 460 A1披露了一种在两个彼此成一定角度设置的表面部分之间的过渡部分，其中该过渡部分包括至少一个第一曲率部分和至少一个第二曲率部分，这些曲率部分的平均曲率彼此不同并且以切向连续性彼此邻接。第一表面部分邻接过渡部分，并且过渡部分邻接第二表面部分，在各自情况下具有切向连续性。在这种情况下，第一曲率部分的曲率半径小于第二曲率部分的曲率半径。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是生产一种由纤维增强塑料制成的部件，其中在两个表面部分之间的过渡部分中减少或避免了剥离应力，同时使所述部件制造简单。
[0006]该目的通过具有独立权利要求1的特征的部件来实现。有利的实施例和发展从从属权利要求和下文的描述中显而易见。
[0007]提出了一种由纤维增强塑料制成的部件，该部件包括第一表面部分、第二表面部分、以及由该第一表面部分和该第二表面部分封围的过渡部分，其中，该第一表面部分的表面切线和该第二表面部分的表面切线至少在与该过渡部分接界的区域中不平行，其中，该过渡部分具有以切向连续性邻接接界的表面部分的曲率，其中，纤维增强塑料的至少两个层片的布置从该第一表面部分经由该过渡部分延伸到该第二表面部分，并且其中，这些层片中的至少一个层片的纤维在该第一表面部分和该第二表面部分上以一致的取向行进，并且在该过渡部分上呈现沿行进方向弯曲、扭结或侧向偏移的路线。
[0008]该第一表面部分和该第二表面部分可以与该过渡部分一起形成至少区域性地呈L形的部件。这些部分在此包括纤维增强塑料的至少两个层片。这些层片优选地完全在这两个表面部分和过渡部分上延伸，并且优选地形成相关材料的连续片材。材料包括结合在由塑料制成的基体中的增强纤维。塑料可以是树脂，更具体地是热固性树脂。替代性地，也可以使用热塑性塑料。
[0009]为了总体上优化部件强度，第一表面部分、第二表面部分和过渡部分优选地被配置为彼此具有切向连续性。因此，优选地在部件的曲率中没有不连续性，因此没有应力不连续性出现。两个表面部分中的增强纤维的取向可以彼此相同。仅在过渡部分中提供纤维的不同取向。
[0010]如以上所指出的，平面部件和弯曲部件彼此不同，因为挠曲载荷可能导致在厚度方向上产生呈剥离应力σ
r
形式的应力。例如，在部件上具有相同的外部载荷的情况下，较小的曲率半径比较大的半径导致在厚度方向上产生更大的应力。分层将主要由作为曲率半径的倒数的曲率来驱动。较大的曲率可能比较小的曲率导致更大的剥离应力。例如为了简化制造或出于更容易安装部件的原因，保持部件的曲率半径恒定可能是有利的。在由具有第一表面部分和与第一表面部分成一定角度设置的第二表面部分的纤维复合材料来构造部件的情况下，曲率半径不能无限地增加，因为纤维复合材料部件通常仅具有有限的可用安装空间。这种限制可以是呈表面部分中连接器件(比如铆钉、螺栓等)的特定位置的形式，但是也可以由相邻定位的纤维复合材料部件或其他元件的范围来决定。
[0011]然而，根据本专利技术，变化的纤维路线可以使得剥离应力降低。由于变化的纤维路线，因为在厚度方向上挠曲与强度之间的比率的改善，所以存在有效抗分层性的改善。纤维取向的局部变化影响相互叠置的层片在过渡部分内的有效布置，该布置于是与在部件的其余部分中的布置不同。另外，在铺放部件的层片、或铺放随后被成形以赋予期望的部件几何形状的预成形件期间，过渡部分内的局部取向被改变。纤维路线优选是连续的，并且不包括尖锐边缘或过渡部。
[0012]这可以通过能够实现纤维取向的局部变化的任何操作(例如，用于干纤维的定制纤维铺放(TFP)过程、纤维贴片铺放过程、自动化纤维铺放(AFP)过程、具有纤维增强的3D打印过程、或其他合适的过程)来实现。在本专利技术中，纤维取向在过渡部分内、在与过渡部分接界的区域中保持不变，而纤维沿其纵向方向侧向地偏移。由于侧向偏移，局部切线的沿着相关纤维的行进方向的角度变化可以例如在过渡部分上连续地增加，并且随后再连续地减小。
[0013]由于根据本专利技术的具有局部优化的纤维取向的、在不引入拼接/层切割的情况下生产的、以及还在与过渡部分接界的表面部分中具有不变特性的设计，在剥离应力行为方面实现了有效的改善。局部改动可以要么在网状铺设操作中(比如在AFP操作期间铺设在模具上或者在直接3D打印的情况下铺设在模具中期间)要么不然在预成形操作期间，例如通过TFP过程或通过期望的中间体的打印和随后的再成形而产生。这使得能够在不切割纤维的情况下对局部特性进行适配，特别是增加局部挠曲刚度和减小局部轴向刚度，并因此使得能够在剥离应力的背景下进行改进，而不违反几何限制和/或导致表面部分的有效特性发生变化。
[0014]在一个优选的实施例中，偏移或弯曲的路线包括沿着相关纤维的行进方向的局部
切线的角度变化。这种角度变化可以优选地基于部件的在过渡部分的区域以及至少第一表面部分的接界区域和第二表面部分的接界区域中的平面展开来阐明。代替展开，还有可能的是在与两个表面部分相交且与过渡部分对称的平面上形成投影。在这种构造的没有对纤维路线进行适配的常规部件的情况下，展开上或平面投影上的各个纤维将在第一表面部分的接界区域上、过渡部分上以及第二表面部分的接界区域上以直线行进。因此，通常纤维在所考虑的区域中形成直线。过渡部分上的相关纤维的切线(在展开或平面投影中)因此在整个过渡部分上彼此平行，并且平行于第一表面部分和第二表面部分上的相应切线。在本专利技术中，展开中或平面投影中的切线偏离于在第一表面部分和第二表面部分上的路线。在这种情况下，纤维路线的局部切线可以特别地在过渡部分与相应表面部分之间的连接区域中具有切向连续性。然而，这种连续性并不是绝对必要的。连接区域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种由纤维增强塑料制成的部件(2)，所述部件包括：
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第一表面部分(4)，
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第二表面部分(6)，
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过渡部分(8)，所述过渡部分由所述第一表面部分(4)和所述第二表面部分(6)封围，其中，所述第一表面部分(4)的表面切线(16)和所述第二表面部分(6)的表面切线至少在与所述过渡部分(8)接界的区域中不平行，其中，所述过渡部分(8)具有以切向连续性邻接接界的表面部分(4，6)的曲率，其中，纤维增强塑料的至少两个层片(10)的布置从所述第一表面部分(4)经由所述过渡部分(8)延伸到所述第二表面部分(6)，并且其中，所述层片(10)中的至少一个层片的纤维(14)在所述第一表面部分(4)和所述第二表面部分(6)上以一致的取向行进，并且在所述过渡部分(8)上呈现沿行进方向弯曲、扭结或侧向偏移的路线。2.如权利要求1所述的部件(2)，其中，偏移或弯曲的路线包括局部切线(16)沿相关纤维(14)的行进方向的角度变化。3.如权利要求2所述的部件(2)，其中，所述角度变化在所述过渡部分(8)上增加并且随后再减小。4.如权利要求2或3所述的部件(2)，其中，所述角度变化在所述过渡部分(8)上对称地行进。5.如前述权利要求中任一项所述的部件(2)，其中，所述角度变化处于
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30
°
到30
°
的范围内、并且优选地在
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15
°
到15
°
的范围内。6.如前述权利要求中任一项所述的部件(2)，其中，所述相关纤维(14)在过渡部分(8)上的路线以切向连续性邻接所述表面部分(4，6)上的路线。7.如前述权利要求中任一项所述的部件(2)，其中，所述纤维增强塑料包括热塑性基体材料。8.一种生产用于交通工具(18)的部件(2)的方法，所述方法包括以下步骤：
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提供模具(22)，在所述模具上具有第一铺设区(24)、第二铺设区(26)、以及由所述第一铺设区和所述第二铺设区封围的弯曲的过渡区(28)...

【专利技术属性】
技术研发人员：康斯坦丁，
申请(专利权)人：空中客车德国运营有限责任公司，
类型：发明
国别省市：