非平面復(fù)合材料部件的疊鋪方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種非平面復(fù)合材料部件的疊鋪方法，具體涉及使用ATL機在適當(dāng)模具上鋪疊非平面復(fù)合部件的沿0°方向的預(yù)浸處理復(fù)合材料帶的方法，該方法包括如下步驟：a）確定所述帶軌跡作為測地軌跡的修改軌跡，在其在水平面中的投影中符合如下條件：其彎曲分段的曲率半徑R2大于預(yù)定值Rmin；兩個相鄰帶之間的間隙G2p包括在0與預(yù)定值Gmax之間；b）向所述ATL機提供所述修改軌跡。本發(fā)明專利技術(shù)也涉及非平面復(fù)合部件，諸如具有遵循符合這些條件的軌跡的沿0°方向之帶的飛機翼外殼。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及復(fù)合材料部件的制造，且特定言之，涉及使用自動化鋪帶機制造非平面復(fù)合材料部件，諸如飛機翼的抗扭盒外殼。
技術(shù)介紹
復(fù)合材料部件制造方法包括鋪疊階段和固化階段，在鋪疊階段中，卷式的復(fù)合材料層設(shè)置在適當(dāng)形狀的模具上，固化階段則是航空業(yè)以及其他工業(yè)中熟知的。在航空業(yè)中最經(jīng)常使用的復(fù)合材料由鑲嵌在熱固或熱塑樹脂基體中的纖維或纖維束組成，其形式為預(yù)浸潰或“預(yù)浸處理”材料。它們的主要優(yōu)勢是指 -它們相對于金屬材料的高比強度； -它們在疲勞負(fù)載下的極佳性能； -由材料各向異性而引起的結(jié)構(gòu)優(yōu)化可能性以及組合纖維與不同定向的可能性，使得可以根據(jù)所施加負(fù)載的不同需求而調(diào)節(jié)具有不同機械屬性的要素設(shè)計。復(fù)合材料層不是隨機設(shè)置的，而是以某一數(shù)目以及其纖維(通常為碳纖維)加強定向配置在每個區(qū)中，這是依據(jù)每個區(qū)中部件所承受的應(yīng)力性質(zhì)和大小而確定的。因而，每個區(qū)具有依據(jù)層堆疊或布置而定的特定結(jié)構(gòu)。不同區(qū)之間的厚度差會引發(fā)層減少，這需要使每個部件具有層模型，所述層模型確立了如何在堆疊處理期間在夾具上布置層。通常使用用于單向鋪設(shè)(UD)或纖維帶的自動化鋪帶機(下文中稱為ATL機)執(zhí)行鋪疊階段。帶根據(jù)部件形狀直接鋪設(shè)在模具上，其加強纖維處于設(shè)計者確定的定向上。則ATL機應(yīng)具備鋪疊復(fù)合材料帶(通常為CFRP預(yù)浸處理)應(yīng)遵循的軌跡。在特定輪廓表面中沿0°方向的帶軌跡，在理想情況下應(yīng)遵循“自然路徑”，也就是說帶在鋪設(shè)時將遵循特定輪廓表面而不會伸展或折疊的路徑。然而，非平面表面的所述“自然路徑”的確定是非常困難的。在第一種方案中，提出了確定沿0°方向的帶軌跡為測地線(即，相對于表面局部筆直的曲線，因為其測地曲率在每個點都等于零)，但是已發(fā)現(xiàn)，這些軌跡涉及在工業(yè)中使用的相鄰典型尺寸帶之間的過大間隙。US 2006/0073309公開了一種用以計算作為由復(fù)數(shù)個自然路徑分段確定的軌跡的沿O。方向的帶軌跡的方法，其避免了所述過大間隙，還避免了在帶上形成皺折，每個帶軌跡都定義了相對于路徑相鄰分段的非自然角度，以使得每個帶的橫邊都設(shè)置在與相鄰帶預(yù)定的偏移距離間隔內(nèi)。針對復(fù)雜幾何形狀的大復(fù)合部分(諸如具有雙曲率的飛機翼外殼)實施此方法，涉及計算問題，而且也無法確保不產(chǎn)生皺折。因而需要一種疊鋪方法，其中應(yīng)易計算所述理想軌跡且向ATL機提供所述理想軌跡。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的一個目標(biāo)是使用ATL機在適當(dāng)模具上鋪疊非平面復(fù)合部件的沿O °方向的預(yù)浸處理復(fù)合材料帶的方法，其中所述帶軌跡確定為使它們可由ATL機鋪疊而不會產(chǎn)生皺折。本專利技術(shù)的一個目標(biāo)是使用ATL機在適當(dāng)模具上鋪疊非平面復(fù)合部件的沿O °方向的預(yù)浸處理復(fù)合材料帶的方法，其中可輕易計算所述帶軌跡。本專利技術(shù)的還一個目標(biāo)是提供非平面復(fù)合部件，其具有適當(dāng)鋪設(shè)的復(fù)合材料帶，以避免各種缺陷，諸如皺折、連續(xù)帶之間的過度間隙以及連續(xù)帶之間的重疊。在一個方面，這些和其他目標(biāo)通過一種使用ATL機在適當(dāng)模具上鋪疊非平面復(fù)合部件的沿0°方向的預(yù)浸處理復(fù)合材料帶的方法而實現(xiàn)，該方法包括如下步驟a)確定所述帶軌跡作為測地軌跡的修改軌跡，在其在水平面上的投影中符合如下條件其彎曲分段的曲率半徑R2大于預(yù)定值Rmin ;兩個相鄰帶之間的間隙G2p包括在O與預(yù)定值Gmax之間；b)向所述ATL機提供所述修改軌跡。在本專利技術(shù)的實施例中，所述步驟a)包括如下子步驟a I)在水平面上投影與所述 帶對應(yīng)的測地軌跡；a2)修改水平投影軌跡以符合上述條件；a3)通過所述表面與含有所修改的水平軌跡的垂直平面的交叉，在對應(yīng)的鋪疊表面上獲得所述修改的軌跡。因此，替提供了一種可使用硬件和軟件實施的方法，所述硬件和軟件通常使用ATL機在鋪疊過程中獲得。在本專利技術(shù)的實施例中，-所述預(yù)定值Rmin針對寬度為300mm的帶為400mm ;且所述預(yù)定值Gmax為3. 5mm。因此，提供了這樣一種方法，其中沿0°方向的軌跡符合質(zhì)量要求。在本專利技術(shù)的實施例中，所述部件是飛機翼外殼。因此，提供了一種在允許自動化鋪疊處理的大復(fù)雜幾何形狀部件中沿0°方向鋪疊帶的方法。在另一個方面中，上述目標(biāo)由一種非平面復(fù)合部件(尤其是飛機翼外殼)實現(xiàn)，該非平面復(fù)合部件包括遵循其在水平面中的投影符合以下條件的軌跡而設(shè)置的沿0°方向的復(fù)合材料帶其彎曲分段的曲率半徑R2大于預(yù)定值Rmin ;兩個相鄰帶之間的間隙G2p包括在O與預(yù)定值Gmax之間。在參照附圖對說明本專利技術(shù)目標(biāo)的實施例的詳細(xì)描述中，將更易了解本專利技術(shù)的其他特性和優(yōu)點。附圖說明圖I示出了飛機翼外殼的示意平面圖。圖2示出了所述外殼一個區(qū)的典型橫截面圖。圖3a示意性示出了到所述外殼一個區(qū)的水平面上的投影，其中三個相鄰帶依據(jù)已知測地軌跡設(shè)置。圖3b示意性示出了圖3a沿平面A-A和B-B的橫截面。圖4a示意性示出了到所述外殼一個區(qū)的水平面上的投影，其中三個相鄰帶依據(jù)根據(jù)本專利技術(shù)確定的軌跡設(shè)置。圖4b示意性示出了圖4a沿平面A-A和B-B的橫截面。具體實施例方式在復(fù)合材料部件制造方法中的鋪疊階段的自動化程序在本領(lǐng)域中是熟知的。ATL機具有安裝在平行導(dǎo)軌之間的可移動帶輸送頭機構(gòu)，其可沿多個軸運動從而將預(yù)浸處理帶安置在多個磨具形狀上。預(yù)浸處理帶(通常為卷式設(shè)置)含有固持在背紙上的未固化復(fù)合材料，當(dāng)帶安置在模具上時可移除該背紙。當(dāng)鋪疊特定部件時，沿考慮到表面幾何形狀以及適當(dāng)?shù)闹噶罱M合而確定的軌跡，運動ATL機的帶輸送頭機構(gòu)而鋪設(shè)帶。可以預(yù)定形式向ATL機提供這些軌跡，且可在ATL機中使用可用的處理構(gòu)件形成這些軌跡。現(xiàn)在將描述根據(jù)本專利技術(shù)確定在圖I中表示的飛機翼抗扭盒的外殼11的沿0°方向的帶軌跡。圖2示出了所述外殼11的區(qū)15的橫截面，在所述橫截面中的外殼11的曲線17的長度與所述曲線17在水平面上的投影距離D之間存在明顯差異。外殼11每個區(qū)的D/L比都會變化。 起始點是當(dāng)前使用的ATL機的計算構(gòu)件提供的軌跡(通常是基于測地的軌跡)。圖3a示出了投影至地平面(水平面)上的外殼鋪疊表面的所述區(qū)15上鋪設(shè)的三個帶21、23、24的所述其實軌跡。圖3b示出了所述區(qū)15沿平面A-A (具有高D/L比)和沿平面B-B (具有較低的D/L比)的橫截面。地平面上的投影起始軌跡(圖3a)是帶21、23、25之間存在恒定間隙Glp的平行軌跡，且在具有較低D/L比的外殼的那些區(qū)上具有一定曲率半徑(R1)。在鋪疊表面(圖3b)上，橫截面A-A中的帶21、23、25與橫截面B-B中的帶21、23、25之間的間隙Gls，可在預(yù)定極限下變化。如果這些極限導(dǎo)致所述半徑&小，那么帶21、23、25以一個張力鋪設(shè)在鋪疊表面上，這會導(dǎo)致在具有所述曲率半徑R1的區(qū)域中產(chǎn)生皺折。R1越低，張力越高，且越早出現(xiàn)皺折。因此，R1應(yīng)具有不能超越的最小值，這在許多情況下發(fā)生，但在諸如大翼外殼的復(fù)雜曲率大部件下不會發(fā)生， 圖4a示出了根據(jù)本專利技術(shù)投影至地平面上的鋪設(shè)在外殼鋪疊表面的所述區(qū)15上的三個帶21、23、25的軌跡，且圖4b示出了所述區(qū)15沿平面A-A (具有大D/L比)以及沿平面B-B(具有較低D/L比)的橫截面。在地平面上行的投影軌跡(圖4a)是帶21、23、25之間具有可變間隙G2p的不平行軌跡，且在具有較低D/L比的那些外殼區(qū)上具有曲率半徑R2M1，這樣，帶21、23、2本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種使用ATL機在適當(dāng)模具上鋪疊非平面復(fù)合部件的沿0°方向的預(yù)浸處理復(fù)合材料帶的方法，其特征在于，包括以下步驟：a）確定所述帶軌跡作為測地軌跡的修改軌跡，在其在水平面上的投影中符合如下條件：？其彎曲分段的曲率半徑R2大于預(yù)定值Rmin；？兩個相鄰帶之間的間隙G2p包括在0與預(yù)定值Gmax之間；b）向所述ATL機提供所述修改軌跡。

【技術(shù)特征摘要】
2011.05.27 ES 2011308831.一種使用ATL機在適當(dāng)模具上鋪疊非平面復(fù)合部件的沿0°方向的預(yù)浸處理復(fù)合材料帶的方法，其特征在于，包括以下步驟 a)確定所述帶軌跡作為測地軌跡的修改軌跡，在其在水平面上的投影中符合如下條件 -其彎曲分段的曲率半徑R2大于預(yù)定值Rmin ； -兩個相鄰帶之間的間隙G2p包括在O與預(yù)定值Gmax之間； b)向所述ATL機提供所述修改軌跡。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，其中所述步驟a)包括如下子步驟 al)在水平面上投影與所述帶對應(yīng)的測地軌跡； a2)修改所述水平投影軌跡以符合上述條件； a3)通過所述表面與含有所修改的水平軌跡的垂直平面的交叉，在對應(yīng)的鋪疊表面上獲得所述修改的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：阿爾韋托·洛扎諾塞維利亞，約瑟·奧倫西奧·格拉納多馬卡里利亞，文森特·馬丁內(nèi)斯巴爾德格拉馬，勞爾·布爾戈斯加列戈，
申請(專利權(quán))人：空中客車西班牙運營有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：