加强板之间的复合梁弦杆及相关的制造方法技术

本发明专利技术公开一种复合梁弦杆（7）。该复合梁弦杆（7）在第一和第二加强板（8、9）之间。该梁弦杆（7）包括相对于该梁弦杆（7）的纵轴线具有+α度纤维取向的第一加强纤维层和相对于该纵轴线具有-α度纤维取向的第二加强纤维层。其中α介于2至12度之间，用于抑制或延迟层的分离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括加强纤维的复合材料。
技术介绍
由诸如碳纤维加强塑料(CFRP)的复合材料制造的物品可以包括呈不同纤维取向的加强纤维构成的多个层。在一些层中的加强纤维相对于负载轴线可以以零度取向。这种零度取向提供拉伸和压缩强度。在其他层中的加强纤维为了剪切和支承强度可以以其他角度(+45。，-45。，90。)取向。碳纤维加强塑料可以用来代替金属，特别是在希望重量较轻并且机械强度较高的应用中。例如，对于民用和军用飞机碳纤维加强塑料是希望的。
技术实现思路
根据本文的实施例，一种物品包括在第一和第二加强板之间的复合梁弦杆。该梁弦杆包括相对于该梁弦杆的纵轴线具有+ α度纤维取向的第一加强纤维层和相对于该纵轴线具有-α度纤维取向的第二加强纤维的层。角度α =2至12度用来抑制或延迟层分离(splitting)。根据本文的另一个实施例，一种物品包括第一和第二金属加强板、该第一和第二板之间的复合梁弦杆、和延伸通过该梁弦杆用于将该第一和第二板固定于该梁弦杆的多个紧固件。该梁弦杆包括相对于该梁弦杆的纵轴线具有+ α度纤维取向的加强纤维的第一层和相对于该纵轴线具有-α度纤维取向的加强纤维的第二层。角度α=2至12度用来抑制或延迟层分离。该紧固件垂直于该层。根据本文的实施例，一种制造物品的方法包括制造复合梁弦杆，包括将加强纤维层放置在工具上，其中至少一些层中的纤维相对于该物品的单一轴向载荷支承方向具有土 α的取向，其中α =2至12度。该方法还包括在该复合梁弦杆中形成通孔；并且利用该通孔将加强板固定于该梁弦杆的相对两侧。已经讨论的特征、功能和优点能够在本专利技术的各种实施例中单独实现，或者也可以在另外的实施例中结合，参考在下面的描述和附图能够看到其他的细节。附图说明图Ia是包括加强板之间的复合梁弦杆的物品的例子。图Ib是具有以土 α度取向的纤维的梁弦杆的多个层的例子。图2a是相对于梁弦杆的纵轴线以O度取向的纤维的例子。图2b是相对于具有钻在中间的孔的梁弦杆的纵向以土 α度取向的纤维的例子。图3是具有以土 α度和土 β度取向的纤维的梁弦杆的多个层的例子。图4是用螺栓固定在一起的梁组件的局部露出的等轴测图。图5是用ζ形销加强的梁组件的局部露出的等轴测图。图6是梁弦杆拼接(splice)的侧视图。图7是图6的梁弦杆拼接的俯视图。图8是结构或系统接头的局部立面图。图9是图8的结构或系统接头的局部俯视图。图10是包括夹在加强板之间的一个或多个复合梁弦杆的飞机的例子。图11是制造复合梁弦杆的方法的例子。图12是装配包括复合梁弦杆和加强板的物品的方法的例子。具体实施方式 参考图la，图Ia示出包括在第一和第二加强板8和9之间的复合梁弦杆7的物品6。该物品6可以主要是沿着轴线L单一轴向地加载的。物品6在使用期间也可以具有一些扭转和横向负载。该梁弦杆7不限于任何特定的几何形状。在一些实施例中，梁弦杆7可以具有诸如矩形的、正方形的或工字梁形的实心的截面形状。在另一些实施例中，梁弦杆7可以具有诸如圆管形的或方管形的空心截面形状。在一些实施例中，梁弦杆7可以是直的。在另一些实施例中梁弦杆7可以是弯曲的或渐细的。梁弦杆7包括嵌入基质中的多个加强纤维层。第一加强纤维层相对于该梁弦杆7的纵轴线L具有+ α度的纤维取向，而第二加强纤维层相对于该纵轴线L具有-α度的纤维取向，其中α在2至12度之间。以土 α度取向的加强纤维沿着轴线L提供拉伸和压缩强度。梁弦杆7具有附加的层。梁弦杆7的一些实施例可以具有少至三个层，而另一些实施例可以具有数百或数千层。在一些实施例中，该附加的层也提供沿着轴线L的拉伸和压缩强度。在另一些实施例中，一些附加的层可以沿着其他方向取向以提供剪切、横向和支承强度。该加强板8和9具有若干重要的功能。加强板8和9为梁弦杆7提供保护免受碰撞损坏。加强板8和9还改善载荷传递性能。加强板8和9通过防止碰撞损坏还增加复合层的压缩强度。将加强板8和9夹紧于梁弦杆7抑制梁弦杆7的脱层(例如，层的面的自由边缘或法向碰撞的碰撞脱层)。这进而又防止可压缩的子分层翘曲/褶皱。当用于飞机龙骨梁时，加强板8和9具有附加的好处。在下面讨论的这些附加的好处包括用作电气部件的接地面并且提供电流返回路径和雷击能量路径。加强板8和9可以用任何合适的材料制造。在一些实施例中，加强板8和9可以用诸如铝或钛的金属制造。在另外的实施例中，加强板8和9可以是碳-石墨板。加强板8和9可以覆盖梁弦杆7的整个表面或仅仅覆盖梁弦杆7的一部分。加强纤维和基质不限于任何特定的成分。例如，纤维包括，但不限于，碳、玻璃纤维、凯夫拉(Kevlar)、硼或钛。基质的例子包括，但不限于，塑料和金属。作为第一个例子，碳纤维被嵌入塑料基质中。作为第二个例子，碳纤维嵌入钛基质中。在一些实施例中，碳纤维可以是中等分子量碳纤维(例如，40MSI的分子量)。图Ib是复合梁弦杆7的层7a_7d的设置的例子。该层设置包括相对于纵轴线L以+ α度的角度取向的加强纤维的第一层7a，相对于纵轴线L以- α度的角度取向的加强纤维的第二层7b、以+α度的角度取向的加强纤维的第三层7c、以-α度的角度取向的加强纤维的第四层7d。更一般地说，奇数的层具有以+ α度的角度取向的加强纤维，而偶数层具有以-α度的角度取向的加强纤维。虽然图Ib示出具有四个纤维层的梁弦杆，但是梁弦杆7不限于此。在一些实施例中，每个层具有沿着相同方向取向的纤维。在另一些实施例中，一个或多个层可以具有以+α度和-α度两者取向的纤维。在一些实施例中，不同的层具有不同的α值。不同的设置可以一起分组。例如，梁弦杆7包括多个纤维组。每组中的层对应于以不同取向的纤维设置。这些组可以任何希望的组合应用并且可以重复到任何希望的程度。 为了将加强板8和9固紧于梁弦杆7，可以在梁弦杆7中形成孔，并且插入的紧固件通过该孔。这些孔可以垂直于层并且延伸通过该层。该物品6是沿着纵轴线L单一轴向加载的(例如，该梁以受压方式设置)。以土 α度取向的纤维抑制或延迟否则会由孔引起的层的分离。相对于具有以零度取向的大多数纤维的叠层，层的分离将被抑制或延迟10到100倍。用土 α层代替所有的零度层增加分离阻力I至3个数量级，使得这种叠层更加实用。现在参考图2a和2b，图2a和2b分别示出以O度和土 α度取向的纤维的基质分离。图2a示出具有嵌入基质220中的六个纤维212-217的单个层210。纤维212-217相对于纵轴线L以O度取向。纤维214和215通过钻孔230被切割。当拉伸载荷沿着轴向L施加时，未切割的纤维212-213和216-217承受该载荷和拉伸。被切割的纤维214和215不承受载荷，不拉伸，并且从基质220剪切掉。因此，进而使被切割的纤维214和未切割的纤维213之间的树脂变弱。微小的裂纹240 (由虚线表示)在被切割的纤维214和未切割的纤维213之间形成在基质220中。这个裂纹240可以沿着层210的整个长度扩张。无论物品具有一个层、五个层、十个层或更多层，都能够发生裂纹240。裂纹240使物品的强度严重下降。图2b示出相对于轴线L以- α度取向的纤维252a_256a和相对于轴线L以+ α度取向的纤维252b-256b的层250。该层250可以包括具有纤维252a_25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】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·U·金斯马顿，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：
国别省市：