方法150(见图8)的公开的实施方式提供了对在特定的现有叠层复合圆角填料(例如，飞机的桁条内的特定叠层复合圆角填料)的制造的固化和热循环阶段期间发生分层的解决方案，同时继续允许叠层复合圆角填料的使用，这可以在各种应用中相对于其它类型的圆角填料具有优点。在叠层复合圆角填料70(见图3、4B、5-7)中使用一个或更多个几何成形填料元件100(见图3、4B、5-7)可以消除或减少叠层复合圆角填料70(见图3、4B、5-7)中的分层。这种分层可以由在制造的固化和热循环阶段期间发生的热应力产生。经改进的设计可以减少叠层复合圆角填料70 (见图3、4B、5-7)中的层间拉应力138 (见图3)。进而，残余层间拉应力138 (见图3)的减少还可以改进叠层复合圆角填料70(见图3、4B、5-7)的拉脱(pull-off)强度或能力。通过减少叠层复合圆角填料70 (见图3、4B、5-7)中的残余层间拉应力138 (见图3)，叠层复合圆角填料70(见图3、4B、5-7)能够更好地处理传送到叠层复合圆角填料70(见图3、4B、5-7)的负载。另外，可以通过一个或更多个几何成形填料元件100(见图3、4B、5-7)而变形的叠层圆角填料层片110b、110c、110d(见图3)可以随着拉脱负载而弯曲离开平面并且因此能够对拉脱负载进行反应。
[0123]而且，与要求仅使用具有零度(0° )层片取向的层片相反，叠层复合圆角填料70(见图3、4B、5-7)和方法150 (见图8)的公开的实施方式提供也许可定制为具有任何期望的层片取向的叠层圆角填料层片110a、110b、110c、110d(见图3)的多个堆叠110(见图3) ο另外，优选地在分层或裂缝形成通常开始处的叠层复合圆角填料70(见图3、4B、5-7)的上部中的堆叠层片组件108(见图3、4B、5-7)可以通过一个或更多个几何成形填料元件100(见图3、48、5-7)而变形或成形以弯曲，以便具有包括水平方向118a(见图5-7)和垂直方向118b (见图5-7)的方向分量，从而和邻近叠层复合圆角填料70(见图3、4B、5-7)的包裹层片84a、84b (见图4B)的垂直方向118b (见图4B)基本上匹配。通过改变堆叠层片组件108(见图3、4B、5-7)在叠层复合圆角填料70 (见图3、4B、5_7)的上部中的方向以与邻近叠层复合圆角填料70(见图3、4B、5-7)的包裹层片84a、84b (见图4B)的方向更紧密地对准，可以最小化叠层复合圆角填料70 (见图3、4B、5-7)的和邻近叠层复合圆角填料70 (见图3、4B、5-7)的包裹层片84a、84b (见图4B)的CTE 136 (见图3)的差。
[0124]此外，叠层复合圆角填料70(见图3、4B、5_7)和方法150(见图8)的公开的实施方式可以提供已经由使用拉挤设备130 (见图3)的拉挤工艺而拉挤的并且由拉挤单向纤维1la(见图3)组成的几何成形填料元件100(见图3)。这种几何成形填料元件100(见图3)优选地具有三角形形状102a(见图4B)的形式的几何形状102(见图4B)以创建飞离工具表面以将叠层圆角填料层片110b、110c、IlOd(见图3)铺叠在上面。
[0125]本公开的许多修改和其它实施方式将被受益于在前面的描述和所关联的附图中所呈现的教导的、本公开所属本领域的技术人员想到。本文所描述的实施方式意在为说明性的，并且不旨在为限制性的或详尽的。尽管在本文中采用了特定术语，但是它们仅在通用和描述性意义上使用并且不用于限制的目的。
【主权项】
1.一种用于复合结构的叠层复合圆角填料，该叠层复合圆角填料包括: 堆叠层片组件，该堆叠层片组件包括被切割为期望的宽度并且具有期望的层片取向的叠层圆角填料层片的多个堆叠；以及 几何成形填料元件，该几何成形填料元件被设置在所述堆叠层片组件的第一部分上的期望位置处，所述几何成形填料元件使堆叠在所述几何成形填料元件上的所述堆叠层片组件的第二部分变形，使得所述堆叠层片组件的所述第二部分的叠层圆角填料层片改变方向并且具有包括水平方向和垂直方向的方向分量，所述叠层复合圆角填料具有与所述复合结构的圆角填料区域基本上对应的形状。
2.根据权利要求1所述的叠层复合圆角填料，该叠层复合圆角填料还包括被设置在所述堆叠层片组件的顶部上的尖端元件，所述尖端元件包括多个单向纤维、单向纤维带、预浸料坯单向带、单向复合纤维束、狭缝单向带、碳纤维加强塑料CFRP带、碳纤维加强塑料CFRP织物、预浸料坯织物、包括纺织碳纤维织物的纺织织物、短切纤维或其组合。
3.根据权利要求1所述的叠层复合圆角填料，该叠层复合圆角填料还包括一个或更多个附加的几何成形填料元件，所述一个或更多个附加的几何成形填料元件分别被设置在所述堆叠层片组件的一个或更多个附加部分上的期望位置处，并且所述一个或更多个附加的几何成形填料元件中的每一个还使堆叠在所述相应的一个或更多个几何成形填料元件上的所述堆叠层片组件的一个或更多个相应的附加部分变形。
4.根据权利要求1所述的叠层复合圆角填料，其中，所述几何成形填料元件包括多个单向纤维、单向纤维带、预浸料坯单向带、单向复合纤维束、狭缝单向带、碳纤维加强塑料CFRP带、碳纤维加强塑料CFRP织物、预浸料坯织物、包括纺织碳纤维织物的纺织织物、短切纤维或其组合。
5.根据权利要求1所述的叠层复合圆角填料，其中，所述几何成形填料元件由具有零度0°层片取向的拉挤单向纤维组成。
6.根据权利要求1所述的叠层复合圆角填料，其中，所述几何成形填料元件具有包括以下中的一个的几何形状:三角形形状、具有弯曲角部的三角形形状、箭头形状、角部去除的三角形形状、具有一个或更多个曲边的三角形形状、圆角填料形状和半圆形状。
7.根据权利要求1所述的叠层复合圆角填料，其中，改变所述第二部分的叠层圆角填料层片的方向最小化所述叠层复合圆角填料与邻近所述叠层复合圆角填料的多个包裹层片之间的热膨胀系数CTE和层间拉应力的差。
8.根据权利要求1所述的叠层复合圆角填料，其中，所述堆叠层片组件的所述第一部分上的所述期望位置是中央位置。
9.一种飞机复合组件，该飞机复合组件包括: 复合结构，该复合结构包括圆角填料区域和邻近所述圆角填料区域的多个包裹层片；以及 叠层复合圆角填料，该叠层复合圆角填料具有与所述圆角填料区域基本上对应的形状并且填充所述圆角填料区域，所述叠层复合圆角填料包括: 堆叠层片组件，该堆叠层片组件包括被切割为期望的宽度并且具有期望的层片取向的叠层圆角填料层片的多个堆叠；以及 几何成形填料元件，该几何成形填料元件被设置在所述堆叠层片组件的第一部分上的期望位置处，所述几何成形填料元件使堆叠在所述几何成形填料元件上的所述堆叠层片组件的第二部分变形，使得所述堆叠层片组件的所述第二部分的叠层圆角填料层片改变方向并且具有包括水平方向和垂直方向的方向分量。
10.根据权利要求9所述的飞机复合组件，其中，所述叠层复合圆角填料还包括被设置在所述堆叠层片组件的顶部上的尖端元件，所述尖端元件包括多个单向纤维、单向纤维带、预浸料坯单向带、单向复合纤维束、狭缝单向带、碳纤维加强塑料CFRP带、碳纤维加强塑料CFRP织物、预浸料坯织物、包括纺织碳纤维织物的纺织织物、短切纤维或其组合。
11.根据权利要求9所述的飞机复合组件，其中，所述叠层复合圆角填料还包括一个或更多个附加的几何成形填料元件，所述一个或更多个附加的几何成形填料元件分别被设置在所述堆叠层片组件的一个或更多个附加部分上的期望位置处，并且所述一个或更多个附加的几何成形填料元件中的每一个还使堆叠在所述相应的一个或更多个几何成形填料元件上的所述堆叠层片组件的一个或更多个相应的附加部分变形。
12.根据权利要求9所述的飞机复合组件，其中，所述几何成形填料元件包括多个单向纤维、单向纤维带、预浸料坯单向带、单向复合纤维束、狭缝单向带、碳纤维加强塑料CFRP带、碳纤维加强塑料CFRP织物、预浸料坯织物、包括纺织碳纤维织物的纺织织物、短切纤维或其组合。
13.根据权利要求9所述的飞机复合组件，其中，所述几何成形填料元件具有包括以下中的一个的几何形状:三角形形状、具有弯曲角部的三角形形状、箭头形状、角部去除的三角形形状、具有一个或更多个曲边的三角形形状、圆角填料形状和半圆形状。
14.根据权利要求9所述的飞机复合组件，其中，改变所述第二部分的叠层圆角填料层片的方向最小化所述叠层复合圆角填料与邻近所述叠层复合圆角填料的多个包裹层片之间的热膨胀系数CTE和层间拉应力的差，导致所述叠层复合圆角填料中的分层的消除或减少的分层。
15.一种形成用于复合结构的叠层复合圆角填料的方法，所述方法包括以下步骤: 组装被切割为期望的宽度并且具有期望的层片取向的叠层圆角填料层片的多个堆叠以形成堆叠层片组件； 将所述堆叠层片组件的第一部分铺叠在形成设备上； 将几何成形填料元件设置在所述堆叠层片组件的所述第一部分上的期望位置处； 将所述堆叠层片组件的第二部分铺叠在所述几何成形填料元件和所述第一部分上以形成叠层复合圆角填料，所述几何成形填料元件使所述第二部分变形，使得所述第二部分的叠层圆角填料层片改变方向并且具有包括水平方向和垂直方向的方向分量；以及 在复合结构的圆角填料区域中组装所述叠层复合圆角填料。
16.根据权利要求15所述的方法，该方法在所述复合结构的圆角填料区域中组装所述叠层复合圆角填料的步骤之前，还包括以下步骤:将一个或更多个附加的几何成形填料元件设置在所述堆叠层片组件的一个或更多个附加部分中的每一个中的期望位置处，所述一个或更多个附加的几何成形填料元件中的每一个还使堆叠在所述相应的一个或更多个几何成形填料元件上的所述堆叠层片组件的一个或更多个相应的附加部分变形。
17.根据权利要求15所述的方法，该方法在所述复合结构的圆角填料区域中组装所述叠层复合圆角填料的步骤之前，还包括以下步骤:将尖端元件设置在所述堆叠层片组件的顶部上，所述尖端元件包括多个单向纤维、单向纤维带、预浸料坯单向带、单向复合纤维束、狭缝单向带、碳纤维加强塑料CFRP带、碳纤维加强塑料CFRP织物、预浸料坯织物、包括纺织碳纤维织物的纺织织物、短切纤维或其组合。
18.根据权利要求15的方法，该方法在所述复合结构的圆角填料区域中组装所述叠层复合圆角填料的步骤之后，还包括以下步骤:使所述叠层复合圆角填料与邻近所述圆角填料区域设置的多个包裹层片固化，从而导致所述叠层复合圆角填料中的分层的消除或减少的分层。
19.根据权利要求15所述的方法，该方法在将所述几何成形填料元件设置在所述期望位置处的步骤之前，还包括以下步骤:从包括多个单向纤维、单向纤维带、预浸料坯单向带、单向复合纤维束、狭缝单向带、碳纤维加强塑料CFRP带、碳纤维加强塑料CFRP织物、预浸料坯织物、包括纺织碳纤维织物的纺织织物、短切纤维或其组合的材料形成所述几何成形填料元件，并且还以包括三角形形状、具有弯曲角部的三角形形状、箭头形状、角部去除的三角形形状、具有一个或更多个曲边的三角形形状、圆角填料形状和半圆形状中的一个的几何形状形成所述几何成形填料元件。
20.根据权利要求15所述的方法，该方法在将所述几何成形填料元件设置在所述期望位置处的步骤之前，还包括以下步骤:经由拉挤工艺拉挤具有零度0°层片取向的单向纤维，以形成所述几何形填充物元件。
【专利摘要】具有几何成形填料元件的叠层复合圆角填料及其形成方法。一种用于复合结构的叠层复合圆角填料具有堆叠层片组件，该堆叠层片组件具有被切割为期望的宽度并且具有期望的层片取向的叠层圆角填料层片的多个叠层。所述叠层复合圆角填料还具有被设置在所述堆叠层片组件的第一部分上的期望位置处的几何成形填料元件。所述几何成形填料元件使堆叠在所述几何成形填料元件上的所述堆叠层片组件的第二部分变形，使得所述堆叠层片组件的第二部分的叠层圆角填料层片改变方向并且具有包括水平方向和垂直方向的方向分量。所述叠层复合圆角填料具有与所述复合结构的圆角填料区域基本上对应的形状。
【IPC分类】B29C70-62, B64C3-26, B29C70-60
【公开号】CN104786525
【申请号】CN201410602457
【发明人】K·B·卡基塔, D·A·弗里希
【申请人】波音公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2014年10月31日
【公告号】CA2857783A1, EP2871050A1, US20150125655