[发明专利]在复合层压件中创建面外纤维畸变的测试系统和方法

说明书

本发明涉及在复合层压件中创建受控且可重复的面外纤维畸变的测试系统和方法。测试系统包括具有铺放表面的铺放工具以及附接到铺放表面的两个整流棒。测试系统包括复合层压件，该复合层压件具有多个堆叠的层片并被定位在两个整流棒之间。测试系统包括被定位在多个堆叠的层片中的一个或多个层片的下方并且邻近所述一个或多个层片的一个或多个位置处的纤维畸变引发器。测试系统包括其间具有间隙并被定位在复合层压件的上方的两个垫板。当测试系统因真空压实而经历加压固化工艺时，多个堆叠的层片因整流棒而受限制的向外扩张以及由位于一个或多个位置处的一个或多个纤维畸变引发器形成的压差区域在复合层压件中创建受控且可重复的面外纤维畸变。

技术领域

本公开总体上涉及用于复合结构的测试系统和方法，并且更具体地，涉及用于复合层压件的代表全比例尺寸的部件或结构的子比例水平测试系统和方法。

背景技术

复合结构由于其高的强度重量比、耐腐蚀性和其他有利的特性而可用于包括飞行器制造在内的多种应用。特别地，在飞行器制造中，复合结构可用于形成飞行器的机身、机翼、尾部和其他部分。复合结构由复合材料制成，该复合材料通常包括处于编织和非编织构型的纤维层，例如碳纤维层片。纤维层可以通过将它们层压在一起形成复合层压件而制成复合零件。

在固化工艺中，复合零件(如复合层压件)与其铺放的非固化状态相比，厚度减小或减少。当对铺放在铺放工具上或周围的复合层压件施加真空时，可以减少体积，从而使复合层压件更薄。尺寸设置为压实的环境的最顶层或最外层可能太长，并且由于它们被压实并被迫重新放置成较小的体积而可能变形。特别地，减薄过程在制成例如飞机机身的圆柱形或桶形截面时，可能产生面外纤维畸变(out-of-plane fiber distortion)，即纤维褶皱。在复合制造中，这种超出一定阈值的面外纤维畸变或褶皱是不可接受的，并且在圆柱形或弯曲零件的复合制造中可能特别成问题。

为了试图理解和解决复合零件制造中的面外纤维畸变问题，已知的系统和方法涉及制造全比例尺寸部件，以创建这种零件的代表性面外纤维畸变。例如，可以将这种全比例尺寸部件制造多次，以了解在测试过程中可能更改的变量的好处。然而，制造这样的全比例尺寸的零以产生代表性的面外纤维畸变是非常昂贵的、劳动密集的和时间密集的。此外，已经证明难以在子比例水平或测试台上特别是对于圆柱形或弯曲的零件产生全比例尺寸部件的可重复的代表性面外纤维畸变。

因此，在本领域中需要这样一种技术解决方案，该技术解决方案可以以子比例水平(sub-scale level)在复合结构(例如复合层压件)中创建受控且可重复的面外纤维畸变，与已知系统和方法相比，其成本更低，劳动强度更低，而且耗时更少。

发明内容

本公开的示例实施方式提供了一种测试系统和方法，用于以子比例水平在复合结构(例如复合层压件)中创建受控且可重复的面外纤维畸变。如以下详细描述中所讨论的，用于在复合结构(例如复合层压件)上以子比例水平创建受控且可重复的面外纤维畸变的测试系统和方法提供了超过已知系统和方法的显着优势。

在一个形式中，提供了一种用于在复合层压件中创建受控且可重复的面外纤维畸变的测试系统。该测试系统包括具有铺放表面的铺放工具。该测试系统还包括两个整流棒，该整流棒附接到铺放表面并且以彼此对置的方式间隔开。

该测试系统还包括包含多个堆叠的层片的复合层压件。复合层压件被铺放在铺放工具的铺放表面上并被定位在两个整流棒之间。

该测试系统还包括一个或多个纤维畸变引发器，所述一个或多个纤维畸变引发器被定位在多个堆叠的层片中的一个或多个层片的下方且邻近所述一个或多个层片的一个或多个位置。一个或多个纤维畸变引发器中的每一个都包括具有体积的结构，以增大堆叠在一个或多个纤维畸变引发器中的每一个的上方的多个堆叠的层片中的一个或多个层片的一部分的高度。