[发明专利]包括带有平滑尾段的集成加筋件的复合材料结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料结构，并且尤其涉及复合材料结构部件，所述复合材料结构部件包括集成加筋件，和制造这些部件的方法。

背景技术

有时加强复合材料结构是有必要的，例如被用在航空工业用于符合强度和/或刚度需要的那些结构。这些结构可以通过将加筋件加至结构而得到强化，所述加筋件可以为所述结构提供额外的强度和刚度。在过去，通过使用任何一种二次装配工艺，单独的加筋件被安装至原始的结构部件，所述工艺包括但不限于使用离散紧固件、粘结、共粘结和共固化。这些工艺具有不利因素，例如但不限于，完成装配工艺需要额外的时间和劳动，和/或者需要相对昂贵的固定设备例如用来共固化部件的压热器。此外，在一些情况中，加筋件可以包括多个部件，所述部件可增加不想要的重量和/或者部件数目到车辆上和/或者增加完成所述装配工艺的时间和劳动。在加筋件被集成到复合材料部件中的一些应用中，被称为“尾段（runout）”的加筋件末端，可能不能平滑地融合或者过渡到所述部件中，这导致在结构部件中形成不愿出现的应力集中。现有的过渡设计在裁剪边缘有不连续的纤维，这只能适度地减少周围结构的应力集中。

因此，需要一种简单的、有成本效益的制造加筋的复合材料结构的方法，其中加筋件被集成在结构部件中以形成一体式结构。还需要一种可以平滑地融合在所述结构部件中并且减少或者消除加筋件末端应力集中的尾段的加筋件设计。

发明内容

所公开的实施例提供一种一体式复合材料结构，所述结构包括集成的加筋件，在所述加筋件的端部有平滑地过渡尾段，所述尾段减少或者本质上消除应力集中。所述加筋件通过纤维预成型件被生产，所述纤维预成型件为融合加筋件的末端至周围结构。这种平滑融合避免了在所述加筋件和所述结构周围之间的突然中止或者不连续过渡，并且减少或消除在加筋件的端部进行切边操作的需要。切边操作的减少可以降低制造时间、工序步骤和/或者劳动成本。所述尾段在保持周长和横截面积不变的情况下，使加筋件的横截面从狭长形轮廓转变为宽扁形轮廓。通过使用各种预成型制造工艺，各种加筋件结构和物理特性可以被实现。所述尾段设计允许加筋件的制造包含复杂的几何形状，从而导致更大的设计可变性和工艺优化。

根据一个公开的实施例，一体式复合材料结构包括复合材料部件和至少一个被集成在复合材料部件中用于加强所述部件的复合加筋件。至少一个所述加筋件的末端包括尾段，所述尾段形成基本平滑的过渡到所述复合材料部件中。所述复合材料部件包括第一注入树脂纤维强化物，并且所述加筋件包括第二注入树脂纤维强化物，其中注入树脂是大体上连续和均匀的遍及所述第一和第二纤维强化物。沿着所述尾段的长度上的横截面形状发生变化，但面积基本保持不变。

根据另一个的实施例，集成加筋复合材料结构包括固化聚合物树脂基体、结构部件部分和加筋件部分，所述结构部件部分包括在基体中保持的第一强化物，所述加筋件部分用于对结构部件部分加筋。所述加筋件部件包括保持在所述基体中的第二纤维强化物。所述加筋件部分包括至少一个具有尾段的末端，所述尾段形成至结构部件部分的基本平滑的过渡。基体在遍及第一和第二部分是基本连续和均匀的。

根据其他实施例，提供用于制造加筋复合材料结构的方法。所述方法包括制造第一纤维预成型件，放置所述第一纤维预成型件到具有所述加筋件形状的模具凹槽中，在所述模具凹槽上方放置覆盖所述第一预成型件的第二纤维预成型件，同时向所述第一和第二预成型件中注入聚合树脂，并且固化所述注入树脂的预成型件。制造所述第一纤维预成型件包括编织纤维到挠性的管壳中，和将持续性的、单一方向的纤维填充在所述壳中。在所述模具凹槽中放置所述第一纤维预成型件包括使得管壳遵循所述凹槽几何形状。

一种一体式复合材料结构，包括

复合材料部件；和

至少一个与所述复合材料部件集成的用于加筋部件的复合材料加筋件，加筋件的至少一个末端包括尾段，所述尾段形成融入所述复合材料部件的基本平滑的过渡。

所述一体式复合材料结构，其中

所述复合材料部件包括第一注入树脂纤维强化物，并且

所述加筋件包括第二注入树脂纤维强化物，

其中所述注入树脂在遍及所述第一和第二纤维强化物是基本连续和均匀的。

所述一体式复合材料结构，其中

复合材料部件是以下其中之一：面板、蒙皮、梁、凸缘、腹板和通道（channel）。

所述一体式复合材料结构，其中所述尾段在沿其长度上基本平滑地波形变化。

所述一体式复合材料结构，其中所述尾段具有沿其长度在形状上变化的横截面，但所述横截面在周长上基本保持恒定。