用于复合层压材料的改进的铺层递减 |
|||||||
| 申请号 | CN201110191421.3 | 申请日 | 2011-06-29 | 公开(公告)号 | CN102310593A | 公开(公告)日 | 2012-01-11 |
| 申请人 | 通用电气公司; | 发明人 | P·J·弗里茨; H·D·德里弗; S·A·基里亚基德斯; | ||||
| 摘要 | 本 申请 涉及用于复合 层压 材料的改进的铺层递减。其中，公开了一种复合层压材料(310、510、710、910)。该复合层压材料(310、510、710、910)包括多个相邻设置的铺层(314、514、714、914)。该铺层(314、514、714、914)中的至少一个被配置为终止铺层(320、520、720、920)。此外，铺层递减(312、512、712、912)由该终止铺层(320、520、720、920)限定，其中，该铺层递减(312、512、712、912)被改进以减小在复合层压材料(310、510、710、910)内的应 力 集中。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种复合层压材料(510)，包括： |
||||||
| 说明书全文 | 用于复合层压材料的改进的铺层递减技术领域[0001] 本主题大体而言涉及复合层压材料(composite laminate material)，且更特定而言涉及用于减轻复合层压材料内应力集中的改进的铺层递减(ply drops)。 背景技术[0002] 复合层压材料(“层压件”)大体上包括组装在一起的多个复合材料的层或铺层，以提供具有改进的工程性质的层压件。每个铺层通常包括由基质材料包围且在基质材料内支承的加强材料。关于纤维加强的层压件，加强材料通常包括高强度纤维(诸如玻璃或碳纤维)，且合适基质材料包括各种聚合物或树脂材料，诸如环氧树脂、聚酯或乙烯酯树脂。通常，已知的加强材料被设计成具有静态强度和疲劳强度，且因此可向由层压材料形成的构件提供优良的刚度和强度。因此，层压件通常用于较宽范围的应用以生成结构和/或承载构件。举例而言，层压件通常用于风力涡轮机工业中以生成高强度转子叶片和其它转子叶片构件。同样，层压件用于制造航空航天构件、船、自行车架、直升飞机桨叶和需要增加的强度和刚度的各种其它构件。 [0003] 层压构件通常通过在合适工具或模具内一个在另一个的顶部组装多个铺层直到实现了所需厚度而制成。但是，取决于被制造的构件的所需配置，常常需要使得层压件的厚度逐渐减小。举例而言，可需要厚度逐渐减小来生成具有所需表面轮廓或形状的构件。为了提供这种厚度逐渐减小，一个或多个缩短或终止的铺层通常在层压件内的各个位置引入以形成铺层递减。每个铺层递减大体上代表层压件厚度的逐步减小，从而允许层压材料从厚的截面逐渐减小为更薄截面。 [0004] 在图1中示出层压材料10的构件的代表性实例，其包括对铺层递减12的逐渐减小效应的描绘。层压材料10通常包括一个在另一个顶部组装的多个相邻设置的内铺层14。每个铺层14包括由基质材料18包围且在基质材料18内支承的多个纤维16(出于清楚目的，仅示出一个纤维)。如图所示，纤维16是单向的且在每个铺层14内在纵向17定向。层压件10也可包括覆盖铺层19，诸如双轴纤维玻璃铺层，其通常用作层压件10的外涂层。 [0005] 为了能使层压件10的厚度逐步减小或者递增变化，通常通过包括终止铺层20将铺层递减12限定于层压件10内。因此，如图1所示，终止铺层20可设置于覆盖层19与内铺层14之一之间，以便限定在层压件10内的外铺层递减12。应了解可同样地通过将终止铺层20放置于相邻的内铺层14之间而生成内铺层递减。如图所示，铺层递减12大体上限定于终止铺层20的端部且因此提供层压件10厚度的“缩减(drop-off)”。图1还示出通常形成于终止铺层20与任何相邻铺层(诸如覆盖铺层19与内铺层14)之间的间隙22，这是由于由铺层递减12所致的厚度的突然递减造成。 [0006] 现参看图2，示出了常规铺层递减12的配置。如图所示，常规铺层递减12大体上特征为直边缘或直平面表面。通常，通过在横向25直穿终止铺层20切割或切削而生成铺层递减12的直边缘。因此，在终止铺层20与相邻铺层14的外表面23之间生成直边缘的垂直递减。这种直边缘递减通常提供很有效的几何形状来减小或逐渐地减小层压材料10的厚度。 [0007] 然而，虽然这种直边缘提供层压件10的高效厚度逐渐减小，但是这种几何形状对于层压件10的结构完整性具有不利的影响。特别是，常规直边缘铺层递减12形成层压件内的结构不连续性，这会在铺层递减12处产生显著应力集中。当在层压件10随后的加工期间在铺层递减12处生成的间隙22(图1)不充分地填充基质材料时尤为如此，这导致层压件内的低强度空隙或区域。此外，直边缘铺层递减12产生终止铺层20内纤维16的突然终止。举例而言，如图1和图2所示，当终止铺层20包括在铺层20纵向17延伸的单向纤维16时，所有纤维16沿着铺层递减12的直平面边缘终止于点24处。这种配置显著地增加了在铺层递减12处的应力集中。特别是，引入大的层间剪切应力分量，因为纤维16中每一个的拉伸荷载能力在直边缘处减小至零。由于纤维16的拉伸荷载能力减小至零，在铺层递减12处的剪切荷载转移至更弱的基质材料18。因此，常规直边缘铺层递减12导致铺层递减12处层压件10强度的显著减小，这可最终导致层压件10由于基质材料18分层和/或开裂而失效。 [0008] 因此，在本技术中将需要减轻层压件内应力集中的改进的铺层递减。发明内容 [0009] 本发明的方面和优点将在下文的描述中部分地陈述，或者可通过该描述变得明显，或者可通过实践本发明而学习。 [0010] 在一方面，本主题公开了一种复合层压材料。该复合层压材料包括多个相邻设置的铺层，其中铺层中的至少一个被配置为终止铺层(terminated ply)。此外，铺层递减由终止铺层限定。铺层递减包括延伸到终止铺层内的至少一个齿，其中该齿由从端表面延伸的一对侧表面限定。 [0011] 在另一方面，本主题公开了一种包括多个相邻设置的铺层的复合层压材料。铺层中的至少一个被配置为终止铺层。此外，铺层递减由终止铺层限定。铺层递减包括在终止铺层的宽度的至少一部分上延伸的至少一个弯曲突起(protrusion)。 [0012] 在再一方面，本主题公开了一种包括多个相邻设置的铺层的复合层压材料，其中铺层中的至少一个被配置为终止铺层。此外，铺层递减由终止铺层限定，该铺层递减包括延伸到终止铺层内一定深度的至少一个突出部(projection)，其中该至少一个突出部具有大于3∶1的深度与宽度比。 附图说明[0014] 本发明的对于本领域技术人员而言的全面并可实施的公开内容(包括其最佳实施方式)，参考附图在说明书中陈述，在附图中： [0015] 图1示出包括铺层递减的层压复合材料的局部侧视图； [0016] 图2示出常规铺层递减几何形状的透视图； [0017] 图3示出根据本主题的方面的改进的铺层递减的实施例的透视图； [0018] 图4示出根据本主题的方面的包括图3所示的铺层递减几何形状的层压复合材料的实施例的局部侧视图； [0019] 图5示出根据本主题的方面的改进的铺层递减的另一实施例的透视图； [0020] 图6示出根据本主题的方面的包括图5所示的铺层递减几何形状的层压复合材料的实施例的局部侧视图； [0021] 图7示出根据本主题的方面的改进的铺层递减的又一实施例的透视图； [0022] 图8示出根据本主题的方面的包括图7所示的铺层递减几何形状的层压复合材料的实施例的局部侧视图； [0023] 图9示出根据本主题的方面的包括改进的铺层递减的再一实施例的层压材料的实施例的局部侧视图； [0024] 图10示出图9所示所示的改进的铺层递减的放大视图；以及 [0025] 图11示出包括间隙接头的层压复合材料的局部侧视图。 [0026] 构件列表： [0027] 附图标记 构件 [0028] 10 常规层压件 [0029] 12 铺层递减 [0030] 14 内铺层 [0031] 16 纤维 [0032] 17 纵向 [0033] 18 基质材料 [0034] 19 覆盖铺层 [0035] 20 终止铺层 [0036] 22 间隙 [0037] 23 相邻铺层的外表面 [0038] 24 纤维终端 [0039] 25 横向 [0040] 26 铺层递减影响深度 [0041] 38 铺层宽度 [0042] 70 间隙接头 [0043] 80 铺层高度 [0044] 310、510、710、910 层压件 [0045] 312、512、712 铺层递减 [0046] 314、514、714、914 相邻铺层 [0047] 316、516、716、916 纤维 [0048] 320、520、720、920 终止铺层 [0049] 323、523 相邻铺层的外表面 [0050] 330、332、334、530、532、730、 纤维终端 [0051] 732、734、930、932、934 [0052] 336 成角度的表面 [0053] 338、538、738 铺层宽度 [0054] 340、540 终止铺层的顶表面 [0055] 342、542、742、942 深度 [0056] 344、544、744 横向宽度 [0057] 380、580、780 铺层递减高度 [0058] 382、582、783 铺层高度 [0059] 517 纵向 [0060] 546 齿 [0061] 548 侧表面 [0062] 550 顶表面 [0063] 551 连接表面 [0064] 756 弯曲突起 [0065] 919 覆盖铺层 [0066] 960 终止铺层高度 [0067] 962 锥角 具体实施方式[0068] 现将详细地参考本发明的实施例，其一个或多个实例在附图中示出。以解释本发明的方式提供每个实例，并不限制本发明。实际上，对于本领域技术人员明显的是，在不偏离本发明的范围或精神的情况下可做出各种修改和变型。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特点可用于另一实施例以得到又一实施例。因此，预期本发明涵盖属于所附权利要求和其等效物内的这些修改和变型。 [0069] 本主题大体而言针对于复合层压材料(“层压件”)，其包括改进的铺层递减，改进的铺层递减被配置成减轻层压件内的应力集中。举例而言，认为通过铺展设置于终止铺层内的纤维的终点，可实现应力集中的显著减轻。特别是，纤维终点的铺展使得在终止铺层与基质材料和/或任何相邻铺层之间的应力转移能在更长距离上分布，从而导致铺层递减的区域中的层压件强度增加。这种强度增加可使得由本主题的层压件形成的构件具有减小的大小/厚度，而不会有损构件的结构完整性。因此，可实现显著的材料和成本节省。 [0070] 并不希望受任何特定理论限制，认为由于包括铺层递减所致的应力集中的影响在终止铺层内的特定深度显著地减小。特别是，已知纤维中每一个的拉伸荷载能力在铺层递减处减小至零，通常由纤维承载的剪切荷载被转移到终止纤维周围的基质材料。但是，在到终止铺层内的特定深度处，层间剪切应力并不有重大影响，且因此纤维的层间剪切强度足够承载该荷载。因此，返回参看图2，认为由于铺层递减处纤维突然终止所致的增加的应力在特定铺层递减影响深度26处变得可忽略。因此，本主题的发明人认为可通过在沿着此铺层递减影响深度26的各个点在终止铺层内分布纤维终端而实现应力的显著减小以及强度的显著增加。 [0071] 应了解对于给定层压材料/层压构件而言，特定铺层递减影响深度26大体上可取决于多种因素而不同，这些因素包括(但不限于)：被分析的特定层压件/构件的失效标准，终止铺层的尺寸，纤维的弹性模数和纤维的层间剪切强度。但发现假定各种失效条件，铺层递减影响深度26通常等于到终止铺层内的深度，大于大约10毫米(mm)。因此，在一实施例中，铺层递减影响深度26可在大约10mm至大约70mm的范围，诸如大约10mm至大约30mm，或者大约18mm至大约30mm和它们之间的所有其它子范围。但应了解的是，预见到取决于上文所述因素中的许多因素，铺层递减影响深度26可小于大约10mm，诸如大约1mm至大约9mm。 [0072] 一般而言，本主题的改进的铺层递减将在本文中关于包括纵向延伸的单向纤维的层压件展开描述。由于包括单向纤维的铺层可大体上具有是双轴、三轴或垫铺层2至4倍的强度和刚度，由于在铺层递减处的纤维终端的从单向铺层转移到任何相邻基质材料的荷载可显著地高于从其它类型的铺层转移的荷载。因此，包括单向纤维的层压件可更加易于失效，因为更高的荷载转移到相对低强度的基质材料所致的基质材料开裂或分层。类似逻辑应用于使用碳纤维作为加强材料。由于碳铺层大体上比纤维玻璃铺层更强，显著更大的荷载在铺层递减处从碳铺层转移到相邻基质材料。因此，可特别地需要将本主题的改进的铺层递减应用于包括单向碳纤维的层压件。 [0073] 但应了解所公开的技术的范围无需限于包括单向碳纤维的层压件。而是，本主题普遍地应用于本领域已知的任何类型和/或配置的复合层压材料。因此，本公开可应用于包括任何合适类型的铺层的层压材料，诸如织物铺层或者预浸渍铺层，且包括任何合适的加强和基质材料。同样，在本主题的范围内的层压材料可由任何合适制造过程制成，诸如熔渗过程、真空袋模制预浸渍过程、树脂转移模制过程、真空辅助树脂转移模制过程或其它合适过程。此外，用于本主题的层压材料内的加强材料可为编织的或非编织的且可以任何合适角度和/或取向设置于每个铺层内。举例而言，合适铺层取向可包括单向、双轴、三轴和类似取向。另外，本文所述的改进的铺层递减可应用于内铺层递减和外铺层递减，以及下文参看图11所描述的拼接或间隙接头。 [0074] 现参看图3和图4，示出根据本主题的方面具有改进的铺层递减312的层压复合材料310的一个实施例。特别是，图3示出终止铺层320的实施例的透视图，终止铺层320大体上限定改进的铺层递减312。图4示出层压件310的局部侧视图，特别地示出终止铺层320内各个分布的纤维终点330、332、334。 [0075] 如图3所特别地示出的那样，终止铺层320大体上限定对角化(diagonalized)铺层递减312。对角化铺层递减312可包括一个或多个突出部或成角度表面336，其突出或延伸到终止铺层320内以便在终止铺层320的宽度338上形成连续曲折图案。此外，如图所示，成角度的表面336可大体上穿过终止铺层320限定使得每个成角度的表面336从相邻铺层314的外表面323延伸到终止铺层320的外表面340。在一实施例中，成角度的表面336可基本上从相邻铺层314的外表面垂直地延伸。或者，成角度的表面336可以以锐角或钝角从外表面323延伸。 [0076] 成角度的表面336可大体上限定深度342和横向宽度344。取决于终止铺层320的宽度338和成角度的表面336的横向宽度344，应了解任意多个成角度的表面336可限定于终止铺层320内。还应了解成角度的表面336可大体上以任何合适深度342延伸到终止铺层320内。但是，在特定实施例中，成角度的表面336的深度342可基本上等于铺层递减影响深度26(图2)，由于包括铺层递减，在铺层递减影响深度26处的应力集中大体上变得可忽略。举例而言，在各种实施例中，成角度的表面336的深度342可大于大约10mm，诸如大约10mm至大约70mm或者大约10mm至大约30mm或者大约18mm至大约30mm。在替代实施例中，应了解成角度的表面336中的每一个可具有变化的深度342与宽度344比。 [0077] 成角度的表面336还可限定高度380。在一实施例中，每个成角度的表面336的高度380可大体上等于终止铺层320的高度382。或者，一个或多个成角度的表面336的高度380可大于或小于终止铺层320的高度382。此外，在另一实施例中，成角度的表面336中一个或多个的高度380可在深度342的至少一部分上减小或逐渐减小。举例而言，类似于在下文参考图9和图10所述的实施例，成角度的表面336的高度380可随着每个成角度的表面336延伸到终止铺层320内而以锥角962(图10)增加。 [0078] 由于对角化铺层递减312的配置，应了解纤维316的终点330、332、334可随着对角化铺层递减312的深度变化而沿着终止铺层320分布或铺展。举例而言，如图3和图4所示，对角化铺层递减312使得纤维终端能设置于沿着铺层递减312代表到终止铺层320内不同深度的多个点330、332、334。因此，形成于铺层递减312的应力可在较宽区域上分布，导致在铺层递减312处应力集中更缓慢的梯度。应了解图3和图4所示的纤维终点330、332、334只是代表纤维316可终止于终止铺层320内的位置的实例。一般而言，纤维316可终止于沿着成角度表面336的任何点。 [0079] 此外，在本主题的特定实施例中，可优选的是，每个成角度的表面336被配置成具有相对小的宽度344以便增加可在终止铺层320的整个宽度338上限定的成角度的表面336的数量。举例而言，在一实施例中，每个成角度的表面336的深度342与宽度344的比可大体上大于3∶1，诸如大约3.3∶1至大约10∶1，或者大约4∶1至大约5∶1。通过增加成角度的表面336的数量，认为可在终止铺层320与相邻铺层314的外表面323之间实现更均匀的应力分布。因此，由设置于终止铺层320与相邻铺层314之间的基质材料承载的任何荷载可更少地集中，导致铺层之间减小的层间应力。 [0080] 现参看图5和图6，示出根据本主题的方面具有改进的铺层递减512的层压复合材料510的另一个实施例。特别是，图5示出终止铺层520的透视图，终止铺层520大体上限定改进的铺层递减512。图6示出层压件510的局部侧视图，特别地示出终止铺层520内各个纤维终点530、532。 [0081] 如图5中特别地示出的那样，终止铺层520大体上限定齿状铺层递减512。齿状铺层递减512可包括延伸到终止铺层520内的一个或多个突出部或齿546。在一实施例中，多个齿546可限定于终止铺层520内以便在终止铺层520的宽度538上形成齿状或梳状图案。每个齿546可由从端表面550延伸到终止铺层320内的一对侧表面548限定。此外，当齿状铺层递减512包括多个齿546时，齿546可由多个连接表面551而彼此分离。 [0082] 如图所示，端表面550和连接表面551大体上包括基本上设置于终止铺层520的纵向517的横向的平面表面。但应了解端表面550和连接表面551可大体上以相对于终止铺层520的纵向517的任何角度设置。举例而言，在一实施例中，端表面550可朝向或远离连接表面551成角度。此外，应了解端表面550和/或连接表面551可被配置为非平面表面。举例而言，在一实施例中，端表面550可被配置为弯曲或圆表面。或者，端表面550可包括成角度或圆角的拐角。另外，如图5所示，侧表面548可被配置为基本上平行于终止铺层520的纵向517延伸。或者，应了解向内延伸的侧表面548可被配置为以相对于纵向517的任何合适角度延伸到终止铺层520内。举例而言，在一实施例中，侧表面548可以一定角度设置，类似于在上文中参看图3所述的成角度的表面336的角度。在此实施例中，应了解齿状铺层递减312无需包括连接表面551，因为侧表面548可被配置在终止铺层520内的特定深度相交。 [0083] 齿546中的每一个也可限定深度542和对应于边缘表面550的宽度的横向宽度544。取决于终止铺层520的宽度538和边缘表面550的横向宽度544，应了解任意多个齿 546可限定于终止铺层520内。还应了解齿546可大体上以任何合适深度542延伸到终止铺层520内。但是，在特定实施例中，齿546中每一个的深度542可等于铺层递减影响深度 26(图2)，由于包括铺层递减，在铺层递减影响深度26处的应力集中大体上变得可忽略。举例而言，在各种实施例中，齿546中每一个的深度542可大于大约10mm，诸如大约10mm至大约70mm或者大约10mm至大约30mm或者大约18mm至大约30mm。在替代实施例中，应了解齿546的大小或深度542与宽度544的比可在终止铺层520的宽度538上变化。举例而言，齿状铺层递减512可包括嵌套于一个或多个大齿546内的一个或多个小齿546。 [0084] 齿546还可限定高度580。在一实施例中，每个齿546的高度580可大体上等于终止铺层520的高度582。或者，齿546中一个或多个的高度580可大于或小于终止铺层520的高度582。此外，在另一实施例中，齿546中一个或多个的高度580可在牙齿546的深度542上减小或逐渐减小。举例而言，类似于在下文参考图9和图10所述的实施例，齿546的高度580可随着每个齿546延伸到终止铺层520内而以锥角962(图10)增加。 [0085] 类似于上文所述的实施例，由于齿状铺层递减512的配置，纤维516终止于终止铺层520内的点可不同。举例而言，参看图5和图6，齿状铺层递减512可允许终止铺层520的纤维516中的某些在位于到终止铺层520内的深度542止于点530，且其余纤维516止于位于终止铺层520端部的点532。因此，由于铺层递减512包括于层压件510内所生成的任何应力可在较宽区域上分布，导致在铺层递减512处更低量值的应力集中。 [0086] 此外，在本主题的一个或多个实施例中，齿546中的每一个被配置成具有相对小的宽度544以增加可在终止铺层520的宽度538上限定的齿546的数量。此外，每个齿546的深度542也可增加以便增加在纤维516的纤维终点530、532之间的间距。因此，在一实施例中，每个齿546的深度542与宽度544的比可大体上大于大约1∶1，诸如大约1∶1至大约10∶1，或者大约2∶1至大约5∶1或者大约3∶1至5∶1。通过增加齿546的数量和在纤维终点530、532之间的距离，认为可在终止铺层520与任何相邻设置的铺层514之间实现更均匀的应力分布。因此，由设置于终止铺层514与相邻铺层514之间的基质材料承载的任何荷载可更少地集中，导致铺层之间减小的层间应力。 [0087] 现参看图7和图8，示出根据本主题的方面具有改进的铺层递减712的层压复合材料710的另一实施例。特别是，图7示出终止铺层720的透视图，终止铺层720大体上限定改进的铺层递减712。图8示出层压件30的局部侧视图，特别地示出终止铺层720内各个纤维终点730、732、734。 [0088] 如图7中特别地示出的那样，终止铺层720大体上限定弯曲的铺层递减712。特别是，弯曲的铺层递减712可大体上特征为在终止铺层720的宽度738上延伸的圆形或弯曲表面/轮廓。在一实施例中，多个突出部或弯曲突起756可限定于终止铺层720内以便在终止铺层720的宽度738上形成连续弯曲的曲折图案。在替代实施例中，弯曲铺层递减712可大体上配置为在终止铺层720的宽度738上延伸的单个弧形或弯曲突起。 [0089] 弯曲突起756中的每一个可大体上限定深度742和横向宽度744。横向宽度744可限定于每个弯曲突起756的半圆上且因此可在每个突起756的峰与谷之间测量。取决于终止铺层720的宽度738和弯曲的突起756的横向宽度744，应了解任意多个突起756可限定于终止铺层720内。还应了解弯曲突起756可大体上以任何合适深度742延伸到终止铺层720内。但是，在特定实施例中，突起756中每一个的深度742可基本上等于铺层递减影响深度26(图2)，由于包括铺层递减，在铺层递减影响深度26处的应力集中变得可忽略。举例而言，在各种实施例中，突起756中每一个的深度742可大于大约10mm，诸如大约10mm至大约70mm或者大约10mm至大约30mm或者大约18mm至大约30mm。在替代实施例中，应了解弯曲突起756的大小或深度742与宽度744的比可在终止铺层720的宽度738上变化。 举例而言，在特定实施例中，弯曲的铺层递减712可包括嵌套于一个或多个大突起756内的一个或多个小突起756。 [0090] 弯曲突起756也可限定高度780。在一实施例中，每个突起756的高度780可大体上等于终止铺层720的高度782。或者，弯曲突起756中一个或多个的高度780可大于或小于终止铺层720的高度782。此外，在另一实施例中，弯曲突起780中一个或多个的高度780可在突起的深度742上减小或逐渐减小。举例而言，类似于在下文参考图9和图10所述的实施例，弯曲突起756的高度780可随着每个突起756延伸到终止铺层720内而以锥角962(图10)增加。 [0091] 类似于上文所述的实施例，由于弯曲铺层递减712的配置，纤维716的终点730、732、734可随着铺层递减712到终止铺层720内的深度变化而分布或铺展。举例而言，参看图7和图8，弯曲铺层递减712使得纤维终端能设置于沿着铺层递减712代表到终止铺层 720内不同深度的多个点730、732、734。因此，在铺层递减712处形成的应力可在较宽区域上分布，导致在铺层递减712处应力集中更缓慢的梯度。应了解图7和图8所示的纤维终点730、732、734只是代表纤维716可终止于终止铺层720内的位置的实例。一般而言，纤维716可终止于沿着弯曲的铺层递减712的任何点。 [0092] 此外，在本主题的若干实施例中，弯曲突起756中的每一个被配置成具有相对小的宽度744以增加可在终止铺层720的整个宽度738上限定的突起756的数量。例如，在一实施例中，每个弯曲突起756的深度742与宽度744的比可大体上大于大约1∶1，诸如大约1∶1至大约10∶1，或者大约2∶1至大约5∶1或者大约3∶1至大约5∶1。通过增加弯曲突起756的数量，认为可在终止铺层720与任何相邻铺层714之间实现更均匀的应力分布。因此，由设置于终止铺层720与相邻铺层714之间的基质材料承载的任何荷载可更少地集中，导致铺层中每一个之间减小的层间应力。 [0093] 应了解参看图3至图8所述的改进的铺层递减可大体上通过任何合适手段形成或制造。举例而言，可通过使用一把剪刀从终止铺层切割出所需形状或轮廓(例如，弯曲、对角化或齿状切割)而形成这些改进的铺层递减。或者，可使用机械压力机或任何其它合适的切割机构来形成这些改进的铺层递减。用于生成本主题的改进的铺层递减的各种其它合适方法对于本领域技术人员是明显的。 [0094] 现参看图9和图10，示出根据本主题的方面具有改进的铺层递减912的层压复合材料910的另一实施例。特别是，图9示出层压材料910的局部侧视图。图10示出图9所示的改进的铺层递减912的放大视图。 [0095] 如图9和图10所示，终止铺层920大体上限定渐缩的铺层递减912。特别是，渐缩的铺层递减912被配置成使得终止铺层920的高度960在铺层递减912处渐进地减小。因此，应了解渐缩的铺层递减912可大体上限定任何合适的锥角962使得终止铺层920的高度960在到终止铺层920内的任何合适深度上稳步地减小。但是，在一实施例中，锥角962可被选择成终止铺层920在等于铺层递减影响深度26 [0096] (图2)的深度942成锥形。因此，渐缩的铺层递减912可大体上以一定深度942延伸到终止铺层920内，深度942大于大约10mm，诸如大约10mm至大约70mm，或者大约10mm至大约30mm，或者大约18mm至大约30mm。虽然对应于此深度942的锥角962将大体上取决于终止铺层递减920的高度960而不同，但是发现小于10度，诸如大约1度至大约9度，或者大约2度至大约6度的锥角962可适合于显著地减小在铺层递减912处的应力集中。 [0097] 由于渐缩的铺层递减912的配置，纤维916的终点930、932、934可随着铺层递减912向上逐渐减小而分布于终止铺层920内的各个深度。举例而言，参看图9和图10，弯曲铺层递减912使得纤维终端能设置于沿着铺层递减912代表到终止铺层920内不同深度的多个点930、932、934。因此，由于铺层递减912包括于层压件内所形成的任何应力可在较宽区域上分布，导致在铺层递减处更低量值的应力集中。应了解图9和图10所示的纤维终点930、932、934只是代表纤维916可终止于终止铺层920内的位置的实例。一般而言，纤维916可终止于沿着弯曲铺层递减912的任何点。 [0098] 此外，由于渐缩的构造，通常形成于铺层递减与任何相邻铺层914之间的间隙22(图1)可至少部分地由终止铺层920填充。具体而言，如图9所示，渐缩的铺层递减912可被配置成基本上匹配覆盖铺层919的轮廓，因为层压件910的厚度在铺层递减912处逐渐减小或减小。因此，渐缩的铺层递减912可允许减小或消除通常形成于铺层递减处的结构不连续性，从而减小或消除与铺层递减912相邻的低强度区域的生成且也减小存在于铺层递减912处的应力集中量。 [0099] 应了解渐缩的铺层递减912可大体上通过任何合适手段形成于终止铺层920内。在一实施例中，各种切割机构(诸如水流切割机、锯、刀或任何其它合适的切割装置)可用于在终止铺层920内形成锥形。或者，渐缩的铺层递减912可通过研磨或打磨终止铺层20而形成，诸如通过使用砂纸、研磨石或任何其它磨料。用于生成本主题的渐缩的铺层递减 912的各种其它合适方法对于本领域技术人员是明显的。 [0100] 本领域技术人员应了解改进的铺层递减也可特征为由于在终止铺层内生成齿状铺层递减312、圆形铺层递减512、对角化铺层递减712或渐缩的铺层递减912而发生的截面积或表面积的百分比增加。特别是，假定基线表面积等于直边缘常规铺层递减的表面积(即，终止铺层20的宽度38与高度80的乘积)，所公开的改进的铺层递减可大体上导致铺层递减的表面积超过基线表面积大于大约50％的百分比增加。因此，终止铺层的纤维终端可在显著更大的面积上铺展且因此可减轻层压件内的应力集中。在本主题的特定实施例中，超过基线表面积的表面积百分比增加可大于大约475％，诸如大约500％至大约5000％，或者大约500％至大约2750％或者大约850％至大约1500％。 [0101] 还应了解本文所公开的改进的铺层递减也可应用于拼接或间隙接头。包括间隙接头70的层压材料10在图11中示出。一般而言，层压件10包括一个在另一个顶部堆叠的多个相邻设置的内铺层14和用作层压件10的外覆盖物的覆盖铺层19。每个铺层14通常包括由基质材料18包围且在基质材料18内支承的加多个纤维16(出于清楚目的，仅示出一个纤维)。此外，如图所示，间隙接头70限定于层压件10的两个终止铺层20之间。通常在用于生成层压件10的成卷铺层材料用完时生成这种接头70。因此，其余铺层的长度可不足以覆盖在工具或模具内所需的距离。为了覆盖其余距离，必须将第二卷铺层插入于该模具内。因此，如图11所示，间隙接头70可限定于两个相邻设置的铺层之间。此外，由于铺层中的每一个为终止铺层20，每个终止铺层20内的纤维16的拉伸荷载能力在间隙接头70处减小至零，从而在接头70处引入应力集中。因此，应了解本文所述的改进的铺层递减中的任一个可应用终止铺层20中的每一个以减轻间隙接头70处的应力集中。 [0102] 另外，应了解本主题的应用并不限于本文所述和所示的单个铺层递减配置。举例而言，其它形式的铺层递减配置可包括多个交错或一个在另一个顶部设置的铺层递减。特别是，两个、三个或三个以上的终止铺层可相邻设置以生成多个铺层递减。本领域技术人员应了解本文所述的改进的铺层递减可应用于这些多铺层递减。 [0103] 此外，应了解本文所述的各种实施例无需孤立地使用。而是，可利用所公开的铺层递减的任何合适组合来减轻层压材料内的应力集中。举例而言，参考图9和图10所述的渐缩的铺层递减912可与参考图3至图8所述的铺层递减实施例中的任一实施例组合。 [0104] 本书面描述使用实例来公开本发明(包括最佳实施方式)，且也能使本领域技术人员实践本发明，包括做出和使用任何装置或系统和执行任何合并的方法。专利保护范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件或者如果其它实例包括与权利要求的字面语言并无实质不同的等效结构元件，那么其它实例预期在权利要求的保护范围内。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈