专利名称：加强梁以及用于制造加强梁的方法和纤维层压材料的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种加强梁，特别是用于航空器机身舱室的弯曲环框架节
段(segment)，所述加强梁含有由至少一种纤维层压材料增强的合成材料。 此外，本发明涉及一种制造加强梁、特别是一种用于航空器机身舱室 的弯曲环框架节段的方法，所述加强梁含有由至少一种纤维层压材料增强 的合成材料。
此外，本发明涉及一种用于制造加强梁、特别是环状框架节段的纤维 层压材料，其中该纤维层压材料含有具有第一纤维方向的至少一层和具有 第二纤维方向的至少一层，以及具有第三纤维方向的再一层。
背景技术：
通常，将环状框架使用于飞机中以加强机身舱室。这些环状框架大部 分由铝梁制成。用铝梁制造更长的环状框架节段或圆形环状框架通常不引 起特别的问题，因为可以通过弯曲铝梁而使它们比较容易地适于机身舱室 的机身曲率。
在飞行期间，这样的用于加强航空器机身舱室、具有例如Z-形横截面 的环状框架在垂直梁的区域中主要承受剪切和/或横向力。另一方面，弧形 梁部分主要承受拉伸和/或压縮力。在铝环状框架的情况下，在环状框架的 不同部分中，在一方面的剪切和/或横向力和在另一方面的拉伸和/或压縮 力之间的区别在很大程度上不相关，因为金属材料通常具有各向同性的材 料性质。
然而，为了进一步实现重量减轻，在航空器构造中日益增加地使用了 纤维加强的复合物材料，特别是碳纤维加强的环氧树脂的单独部件。纤维 加强的复合物材料的机械性能通常是强各向异性的，从而主机械负荷的方 向优选应当与主纤维方向相一致。为了实现最佳的机械性能，因此必须具
体地将纤维加强的取向适应或调节到施加力的方向。
为了在例如圆形的、椭圆形的或具有环的节段形状的部件的情况下实 现纤维加强，通过引入织物、纤维束或这些的组合在这方面造成了相当大 的困难。其原因在于，在这些情况下，为了实现最佳刚性，经常不可缺少 的是至少使主纤维方向平行于部件的圆周轮廓。
一旦形成纤维加强，就使用本领域中已知的方法，例如所谓的树脂传 递成型(RTM)法来制造实际部件，例如用于形成环状框架或环状框架节段 的加强梁。可选地，还可以使用连续注射成型来制造。
如果要用织物等实现这样的部件的加强，则可以在沿圆周或周长的截 面中排列短的织物条。然而，由于必须分成部分，这导致了相对大的数目 的接缝的缺点。可以通过织物条的重叠布置来减少接缝的数目，但是这导 致在重叠区域中的加厚部分。
此外，可以通过将长纤维或长纤维束缠绕在整个部件的周围好几次来 实现这样的纤维加强。此方法需要更高的成本，但是避免了纤维加强中的 不必要的接缝。
最后，存在的可能性是，从织物横列(fabriccourse)的一部分切下基本 上对角的条。可以将这些从织物层对角地切下的条悬垂(draped)，即，在 没有巻起形成鮍褶或折痕的情况下，在平面中以弯曲的方式展开。因此， 这些织物条原则上适于具有小尺寸的部件的周长加强，所述部件是圆形 的、椭圆形的或具有环节段的形状，因为在理想的情况下，仅导致一个接 缝。然而，这些条具有的缺点在于，由于织物层有限的宽度，仅可以将它 们制成具有有限的长度，从而不能以此方式制造更大的部件，例如环状框 架等。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种大几何尺寸的由纤维加强的合成 材料制成的部件，特别是一种用于弯曲环框架、弯曲环框架节段等的加强 梁，特别是一种含有碳纤维加强的环氧树脂并且具有基本上最佳的机械性 能的加强梁。可选地，还可以使用玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等来增强 (armoring)。另外，还可以使用其它的可固化合成材料，即树脂体系。关于这点，应当提及的有聚酯类树脂、BMI树脂等。
这里，表述"最佳机械性能"特别是指部件在最小重量下的最大机械强 度。为了实现这些最佳机械性能，部件不同区域中的纤维加强的取向应当 始终如一地沿着各个施加力的不同方向，并且如果可能，不显示接缝。 此目的由具有专利权利要求1的特征的加强梁所解决。 由于下列事实 一种纤维层压材料或多种纤维层压材料包含至少一层
具有第一纤维方向的全面积层(foll-area layer)和至少一层具有第二纤维方 向的全面积层，其中在该一层纤维层压材料或多层纤维层压材料的外围区 域中布置有至少一层具有第三纤维方向的再一层，因此可以通过弯曲或折 叠该外围区域来形成加强梁，所述加强梁的基部部分(base portion)或基部 截面(base section)对于接受或接收剪切和/或横向力是最佳的，并且所述加 强梁的外部部分(outer portion)或外部截面(outer section)对于接受拉伸禾口/ 或压縮力是同样理想的，其中，所述加强梁可以是弯曲的。
由于这样的纤维层压材料的利用，所述层压材料的外围区域包含具有 第三纤维方向的层，因此本发明的加强梁可以基本上被制造成为任意的长 度，它的长度仅受限于所使用的可以最大化地制造的纤维层压材料的横向 长度(course length)。
在加强梁的一个优选实施例中，纤维层压材料由许多纤维，特别是具 有碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等的多轴向纤维层压材料制成。
使用多轴向纤维层压材料使得可以在纤维层压材料的外围区域中具 体布置一层或几层具有第三纤维方向的额外层，第三纤维方向例如为0° 的纤维方向，以最佳地接收或接受剪切和/或压縮力，而其它的全面积层例 如具有士45。的纤维方向，以用于剪切和/或横向力的理想接受。其它的纤维 方向还可以在+20°和+70°之间，以及在-70°和-20。之间。此外，由碳纤维 制成的"环形的"多轴区域层压材料(multi-axial areal laminate)的使用使得可 以形成在空间上延长的加强梁，所述加强梁可以具体用作环状框架或环状 框架节段。考虑到要制造的加强梁的需求，可以形成不同的纤维类型。
此外，本发明的目的由根据专利权利要求13的方法所解决。
此用于制造加强梁、特别是航空器机身舱室的弯曲环框架节段的方 法，所述加强梁包括由至少一种纤维层压材料加强的合成材料，其中，所 述纤维层压材料包含至少一层具有第一纤维方向的全面积层和至少一层 具有第二纤维方向的全面积层，以及至少一层布置在外围区域中的具有第 三纤维方向的再一层，所述方法包括下列步骤
-将至少一层纤维层压材料的外围区域放置在弯曲支撑件上，
-弯曲该纤维层压材料的基部区域，以形成具有L-形横截面的L-坯件
(blank)的外部部分。
-用可固化的合成材料浸渍该L-坯件，并且固化该L-坯件。
根据本发明方法，可以例如使用"树脂传递成型"(RTM)法制造加强梁， 所述加强梁实际上为任意的曲率、例如由碳纤维加强的合成材料制成，并 且具有例如为L-形的截面形状，其中，所述加强梁在它的基部部分中特别 适于接收或接受剪切和/或横向力，并且所述加强梁对于在它的外部中接收 或接受拉伸和/或压缩力是特别适宜的。表述"悬垂(draping)"是指，在没有 形成皱褶或折痕的情况下，可以将其中仅布置有具有士45。的纤维方向的层 的纤维层压材料的基部部分，以弧形或弯曲方式放置在水平平面中的支撑 件上，从而也可以容易地制造具有更小曲率半径的弯曲环框架节段。
这里，由于实际上环形带状纤维层压材料的使用，所以可以制造具有 几乎任意长度的加强梁，具体而言，就可以制造仅具有一个接头的大的环 状框架。以此方式形成的加强梁特别适于作为不同曲率半径的环状梁节 段，为了减轻重量，所述加强梁由例如碳纤维加强的环氧树脂制成。另外， 由于不同区域中的纤维加强的不同方向，根据本发明方法制成的加强梁实 际上具有"最佳机械性能"。
最后，本发明的目的还由具有权利要求20的特征的区域结构(areal stmcture)角军决。
由于下列事实具有第一和第二纤维方向的层是全面积层，并且在纤 维层压材料的外围区域中布置了具有第三纤维方向的一层或多层，因此即 使在大几何尺寸的情况下，也可以通过简单折叠或弯曲外围区域以形成外 部部分，并且随后悬垂剩余的基部部分，来形成实际上具有任意曲率的加 强梁。此外，用本发明纤维层压材料形成的加强梁特别适于导致在它的基 部部分中的剪切和/或横向力的负荷，同时该加强梁在它的外部部分特别适 于接收拉伸和/或压縮力，当在航空器机身舱室中使用作为环状框架或环状
框架节段的加强梁时，在飞行期间所述剪切和/或横向力以及拉伸和/或压 缩力是特别普通的。
在从属专利权利要求中规定了加强梁的进一步的优选实施例。
图1显示具有z-形横截面的加强梁的横截面图，
图2显示由4个具有L-形横截面的加强梁节段制成的环状框架的平面
图，
图3为用于形成加强梁的纤维层压材料的平面图， 图4为具有L-形横截面的加强梁的横截面图， 图5为具有L-形横截面的加强梁的弧形部分的平面图， 图6为形成为L-坯件的纤维层压材料的横截面图， 图7为形成为Z-坯件的纤维层压材料的横截面图， 图8为形成为C-坯件的纤维层压材料的横截面图， 图9-17为L-坯件、Z-坯件和C-坯件的各种实施例的横截面图，和 图18-20图示通过结合L-坯件、Z-坯件和C-坯件的具有更复杂横截面 形状的加强梁的形成。
具体实施例方式
以下为对本发明的加强梁、用于制造所述加强梁的纤维层压材料，以 及用于制造该加强梁的方法的解释。
图1为具有Z-形横截面的加强梁的横截面图，所述加强梁例如用作用 于加强在航空器中的机身舱室的环状框架。
在显示于图1中的实施例中，加强梁1具有基本上Z-形的横截面。加 强梁1具体用于加强航空器机身舱室(图示中未示出)，并且为此目的而与 镶板(paneling)或壳板(planking)2相连接。在飞行中，剪切和/或横向力具体 作用在基部部分3之上。在外部部分4中，加强梁1主要承受拉伸应力， 然而在外部部分5中，主要出现压缩应力。此外，加强梁l还承受挠矩。 加强梁1是通过用可固化的合成材料浸泡或浸渍图1中未示出的Z-坯件来 制成的，所述Z-坯件是通过使最初平面的纤维层压材料成型而制成的。这
里，可固化的合成材料形成基体，向该基体中，从每个面嵌入形成z-坯件
的纤维层压材料的单独纤维。
图2显示了由装配在一起的总共4个弯曲加强梁6制成的环状框架7， 所述环状框架7可以用于例如加强航空器机身舱室。与图1中具有Z-形横 截面的加强梁l不同，图2中的加强梁6具有L-形横截面。在图中所示的 环状框架7的分段(segmentatkm)不是必需要求的，因为可以制造本发明的 加强梁6，以弯曲成为实际上任意的尺寸，即，具有宽范围的曲率半径。 加强梁6通过未示出的连接手段(means)在接头8相互连接。
为了清楚，图3是在含有几个层的纤维层压材料的轻微偏置透视图中 显示的平面图，所述纤维层压材料用于制造根据本发明的加强梁。纤维层 压材料由许多多轴布置的碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等制成，所 述碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等布置在被安置在彼此的顶部上的 几个层中。
在图3中所示的实施例中，纤维层压材料9包含总共3个层10， 11和 12。在层10中，许多纤维被布置在+45。的纤维方向上，所述纤维之一为 由参考数字13表示的代表性纤维。在安置在所述层10之上的层11中， 许多纤维被布置在-45。的纤维方向上，所述纤维之一为由参考数字14表示 的代表性纤维，从而使得例如层10和11中的纤维13和14以约90°的角 度彼此重叠。最后，在第三层12中，许多纤维以0。的纤维方向布置，所 述纤维之一为由参考数字15表示的代表性纤维。
在一个实际的实施例中，纤维层压材料9的层被直接安置在彼此之上。 以纤维13, 14和15为例，在各个层的纤维和水平线之间，已经分别确定 了士45和0。的表示角。在工业制造过程中，首先制造平面(areal)层压材料， 通过在纵向方向上切割而从所述层压材料切下几个纤维层压材料9。然后 通过在横向方向上切割而将这些纤维层压材料9调节至合适的长度，从而 例如可以形成适宜尺寸的环状框架等。纤维层压材料9的生产方向由大的 箭头指出。
纤维方向为土45。的层10和11主要用于接收剪切和/或横向力。对比地， 由于结构条件，纤维方向为0。的第三层12主要接收拉伸和/或压縮力，以
及挠矩。
显示于图3中的纤维层压材料9被称为所谓的"-/+"纤维层压材料，因
为它的上层ll包含纤维方向为-45。的纤维。另一方面，如果将层10和11 的顺序互换，使得纤维方向为+45。的层10在上面，那么根据此定义，则 它为"+/-"纤维层压材料或士45°纤维层压材料。此区别具体对于与由纤维层 压材料制成的本发明加强梁的对称性具有显著相关性。当设计复合材料的 部件时，例如在具有纤维加强的合成材料的加强梁的制造中，通常需要的 是，部件的顶侧之上的纤维方向-如果完全可能-与在部件的底侧之上的纤 维方向一致。例如，如果将两个"-/+"纤维层压材料9放置在彼此之上，那 么则不能满足此设计条件，这可以从层的顺序"-/+1-/+"容易地看出。对于 组合"+/-1+/-"，相同的判断也是正确的。另一方面，如果将"-/+"纤维层压 材料9放置在"+/-"纤维层压材料之上，那么就满足了此边界条件，因为在 顶侧和在底侧的纤维方向与组合"-/+1 +/-"—致。
布置层10， 11和12中的纤维，以使其基本上彼此平行。用未示出的 粗缝线将纤维层压材料9的单独的层10, 11和12相互连接。如果使用适 当的粘合剂，则还可以完全地或至少部分地省略粗缝线。带状多轴向纤维 层压材料9在图3中的水平方向上实际上以几乎任何所需的长度延伸，然 而，此长度受限于制造技术，特别是巻绕能力和/或运输重量。
层10和11各自为全面积层(g卩，它在全部的面积上延伸)，然而第三 层12仅遍布在外围区域16上。外围区域的宽度17显著地小于纤维层压 材料9的总宽度18。具有在±45°的纤维方向的纤维的层10和11被布置在 纤维层压材料9的基部区域19中。根据本发明方法，为了形成具有L-形 横截面的L-坯件，将基部区域19 一次性弯曲并且悬垂。这里，表述"悬垂" 是指在不形成皱褶或折痕的情况下，将基部区域19在平面中弧形展开。 纤维层压材料9 '的基部区域19的宽度由总宽度18和外围区域的宽度17 之间的差值给定。在此实例中，外围区域的宽度17和纤维层压材料9的 总宽度18之间的比率在0.05和0.5之间。此外，纤维层压材料9典型地 含有比图3中所示的层10， 11和12更大数目的平行叠加层10, 11和12。
与图3中所示的布置不同，可选地，还可以在层10和层11之间布置 具有0。纤维方向的层12。并且，与上述的0°、 +45°和-45°的纤维方向不同， 其它的纤维方向对于具体的应用可以是有利的。对于其它的应用，在20°和70°之间或在-70°和-20°之间的范围内的纤维方向是可以的，并且在具体 应用中是有利的。与所示的实施例不同，纤维层压材料9可以包含任意顺 序和数目的层，所述层具有在0。、 +45°和-45°的纤维方向上的纤维，或具 有在与此不同的纤维方向上的纤维。
纤维层压材料9的总宽度18还可以仅是更大制造宽度的一部分，从 而例如相应于纤维层压材料9的构造形成的两个纤维层压材料各自形成更 大更宽纤维层压材料的部分区域。在此情形下，纤维层压材料包含具有O。 纤维方向的纤维的两个外围区域。具体地依赖于制造宽度和/或外围区域的 宽度，纤维层压材料可以包含任意数目的外围区域。
根据本发明方法，可以首先通过弯曲或折叠外围区域16或基部区域 19来从纤维层压材料9形成简单的L-坯件，以形成具有L-形横截面的加 强梁(参见图4)，其中用可固化的合成材料例如环氧树脂、聚酯类树脂、 BMI树脂等浸渍L-坯件，以形成加强梁。
图4显示具有L-形横截面的加强梁的横截面，所述加强梁由成型为 L-坯件的纤维层压材料制成。
加强梁22包含外部部分20和基部部分21 ，所述加强梁22通过用可 固化的合成材料浸泡或浸渍而从纤维层压材料9制成。通过弯曲或折叠外 围区域16而从平面的纤维层压材料9出现外部部分20。因此，基部部分 21包含纤维层压材料9的余下区域。由L-坯件限定的加强梁22的基本上 L-形的横截面仅是许多可能的横截面形状的一个实例。为了说明，对于层 10， 11和12，在图4中也给出了相应于图3中的层的参考数字，所述层10， 11和12作为实际上比纤维层压材料9中的层大得多的数目的代表性层。
因而，根据本发明，仅将纤维方向为士45。的层布置在加强梁22的基 部部分21中，所述纤维方向为士45。的层允许对在操作中主要发生在加强 梁6的这些区域中的剪切和/或横向力的最佳接收。除纤维方向为士45。的层 12以外，纤维方向为0。的层存在于加强梁22的外围部分20中，所述纤 维方向为0°的层允许对主要发生在加强梁的这些区域中的拉伸和/或压縮 力以及挠矩的实际上理想的接收。具有分别不同的纤维方向的层的此空间 上不同的布置可以使由纤维层压材料9加强的梁22具有非常高的机械强 度，同时实现了最小的重量。此外，特别是为了增加外围区域中的压縮和
拉伸强度，还可以在此部分中布置由碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维 制成的纤维束("粗纱")。
此外，存在于基部区域21中的具有士45。的优选纤维方向的层使得纤
维层压材料9能够悬垂，这使得可以制造实际上几乎任何曲率半径，而且 大的纵向尺寸的弯曲加强梁22。在此方面，术语"悬垂"是指其中仅布置具 有纤维方向为45。的层的纤维层压材料9的截面可以以弯曲形式在平面中 展开，而没有形成皱褶或折痕。由于悬垂，所以纤维可以轻微地改变它们 的各自取向和/或相互距离，所述纤维最初在多轴向纤维层压材料的相应层 中是基本上彼此等距并且平行排列的。
为了制造加强梁22，根据称作"树脂传递成型"(RTM)的方法，例如在 闭式压模中，进行用可固化的合成材料例如环氧树脂、聚酯类树脂等对由 纤维层压材料9制成的L-坯件的浸泡或浸渍。可选地，加强梁22还可以 通过在真空袋中用可固化的合成材料浸渍纤维层压材料9，并且将所述真 空袋放置于加热炉或高压釜中来形成。固化还可以在环境温度下或在可加 热的器具(tool)中进行。
尤其有利的是，可以将实际上可以以任意长度得到的纤维层压材料9 用于相应地制造任意曲率的长加强梁22，例如用于具有仅一个接头的环状 框架。
图5为具有L-形横截面的弯曲加强梁的平面图。
加强梁23是由具有L-形横截面的L-坯件制成的。如以上所解释，L-坯件24是通过以相对于纸平面呈90。的角度沿边界线27弯曲或折叠外围 部分26，并且随后悬垂余下的区域制成的，其中为了产生曲率，仅布置纤 维方向为士45。的纤维。此后，在已知的方法中用可固化的合成材料浸泡该 L-坯件。
加强梁23包含具有层29的基部部分28，所述层29包括许多布置在 十45。的纤维方向上的纤维。作为代表性纤维，将在层29中的纤维之一用 参考数字30表示。在层29上方，存在具有布置在-45。的纤维方向上的许 多纤维的层31。作为代表性纤维，将在层31中的纤维之一用参考数字32 表示。在外部部分33中，由双向影线(crosshatching)以相当简化的方式显 示具有纤维方向为士45。的纤维的层29和31。纤维方向为土45。的纤维的真
实取向可以偏离在图示中所示的取向。在层29和31之上，在外部部分33 的附近布置包括具有纤维方向为0。的许多纤维的层34。这些纤维基本上 遵循弯曲加强梁23的圆周轮廓。作为代表性纤维，将层34中的纤维之一 用参考数字35表示。根据显示在图3中的实施例的解释，还可以将具有 布置在0。的纤维方向上的纤维的层34布置在层29和31之间或在它们之 下。
在基部部分28的附近，特别是剪切和/或横向力以及转矩在飞行期间 作用在加强梁23上，所述加强梁23可以例如用作用于加强航空器机身舱 室的环状框架，而特别是拉伸和/或压缩力作用在外部部分33中的加强梁 23上。因此，在加强梁23的基部部分28中以及在外部部分33中，为了 接收上述的力和转矩，实际上以理想的方式布置纤维加强。此外，纤维加 强的此布置还遵循作用在这些区域上的力，所述区域沿加强梁23的圆周 轮廓流动。因而，加强梁23可以以最小的重量接收最大量的力。
为了根据本发明方法制造弯曲加强梁23，首先将纤维层压材料25与 外围区域26 —起放置到支撑件上，所述支撑件具有与要制造的弯曲加强 梁23相同的曲率半径。此后，将基部部分28相对外部部分33折叠或弯 曲卯°，然后悬垂。在此情形下，将基部部分28与纸平面平行布置，而外 部部分33与纸平面围成了约90。的角。随后可以用可固化的合成材料浸泡 成型的纤维层压材料25,以形成加强梁23。用可固化的合成材料浸泡并 且形成加强梁23的纤维层压材料25的轮廓由图5中的虚线显示。
参考图6，下列解释集中于本发明用于具体制造具有至少一种纤维层 压材料并且具有L-形横截面的弯曲加强梁的方法。
首先，通过纵向切割，从宽度最大为6m的工业预先制造的环状纤维 层压材料切下几个窄的、环状的纤维层压材料，所述窄的、环状的纤维层 压材料的构造和结构与图3中所示的构造和结构相符。此后，通过横向切 割，从该窄的、环状的纤维层压材料之一切下对于制造需要的加强梁足够 长的至少一个部分，从而得到与图3—致的纤维层压材料。为了制造本发 明的加强梁，可以使用许多的这样纤维层压材料。
为了制造加强梁36，首先，将这样的纤维层压材料37与它的外围区 域38 —起放置到根据结构要求而成弧形的支撑件上，以得到需要的曲率
半径，所述外围区域38包括具有布置在+45。的纤维方向上的纤维的层39、 具有布置在-45。的方向上的纤维的层40，以及至少一层纤维方向为0°的层 41。此后，将纤维层压材料37的区域42弯曲或折叠，然后在此区域中悬 垂，以产生曲率，所述纤维层压材料37的区域42仅包括具有布置在±45° 的纤维方向上的纤维的层39和40。从而，得到了具有最初的简单L-形横 截面的弧形L-坯件43。
通过用可固化的合成材料浸泡，将L-坯件43变成具有L-形横截面的 加强梁36，所述加强梁36包括基部部分44和基本上垂直地布置在其上的 外部部分45。由于本发明的纤维分布，在基部部分44中布置有至少一层 纤维方向为+45。的层39以及纤维方向为-45。的层40。除层39和40以夕卜， 在外部部分45中存在具有布置在0。的纤维方向上的纤维的层41 。
在用可固化的合成材料浸泡之前，可以在线46的附近将L-坯件43在 箭头47的方向上弯曲以形成Z-坯件，或在箭头48的方向上弯曲90。以形 成C-坯件。因而，可以以容易的方式形成Z-坯件和C-坯件，以制造相应 横截面的加强梁。通过在用树脂浸泡之前组合L-坯件、Z-坯件和C-坯件， 进而可以形成具有更复杂横截面形状的加强梁。
因而，本发明方法使得可以制造实际上任意长度的弯曲加强梁，所述 加强梁在它们的截面形状中具有变化的大宽度，所述加强梁的长度仅受可 得到的条-形或网-形纤维层压材料的长度限制。如此，可以以简单的方式 形成例如用于加强航空器机身舱室的大的环状框架，所述大的环状框架具 有非常大的直径并且仅有一个接头。可选地，还可以通过多次重叠将纤维 层压材料巻绕到合适的支撑件上，随后进行树脂浸渍，以形成无缝的环状 框架。
图7是显示如何通过在箭头47(参见图6)的方向上沿线46弯曲来从 L-坯件36形成Z-坯件49的示意图。此Z-坯件49包括由实线表示的具有 布置在+45°的纤维方向上的纤维的层、由虚线表示的具有布置在-45。的纤
维方向上的纤维的层，以及由圆表示的具有布置在o。的纤维方向上的纤维的层。
图8还显示了示例如何通过在箭头48(参见图6)的方向上沿线46弯曲 来形成C-坯件50的示意图。与图7中的图解相类似，C-坯件50包括由实
线表示的具有布置在+45。的纤维方向上的纤维的层、由虚线表示的具有布
置在-45°的纤维方向上的纤维的层，以及由圆表示的具有布置在0°的纤维
方向上的纤维的层。
在图6、 7和8中，实际上可以是层的任意顺序。必要时，通过用可 固化的合成材料浸泡，可以将Z-坯件49和C-坯件50形成为相应横截面 形状的弯曲加强梁。
图9至17显示各处于三种变化的L-坯件、Z-坯件和C-坯件，其中层 的顺序是变化的。图中不同纤维方向的层的表示与在图6至8中的它们的 表示一致。在图9至17中，具有布置在0。的纤维方向上的纤维的层由圆 表示；具有布置在+45。的纤维方向上的纤维的层由实线表示；和具有布置 在-45°的纤维方向上的纤维的层由虚线表示。
在左列中，具有布置在0。的纤维方向上的纤维的层被安置在具有布置 在士45。的纤维方向上的纤维的层之上。在处于中间的列中，具有布置在0。 的纤维方向上的纤维的层被分别安置在具有布置+45。的纤维方向上的纤 维的层和具有布置在-45。的纤维方向上的纤维的层之间。另一方面，在右 列中，具有布置在0°的纤维方向上的纤维的层被安置在具有布置在-45°的 纤维方向上的纤维的层之下。这里，应用用于纤维加强的复合部件的通用 设计准则，根据该准则，特别是为了对称，具有布置在相同纤维方向上的 纤维的层应当被布置在完成的复合部件的上侧和下侧的区域中。例如，如 果底部材料(纤维层压材料)具有层顺序+/-/0，那么为了满足对称条件，通 常需要具有层顺序0/-/+的第二材料(纤维层压材料)。这里，"+"代表具有布 置在+45°的纤维方向上的纤维的层；"-"代表具有布置在-45°的纤维方向上 的纤维的层；禾B"O"代表具有布置在0。的纤维方向上的纤维的层。不必说 的是，还可以选择背离角±45°和0°的角。
通过用可固化的合成材料浸泡，可以从根据图9至17的坯件形成具 有相应截面形状和相应层顺序的加强梁。
图18至20示例了如何以合适的方式通过组合L-坯件、Z-坯件和C-坯件而从它们制成加强梁，所述加强梁具有实际上任何复杂的横截面形状 以及，必要时，弧形形状的横截面形状。这里，优选的是，在用可固化的 合成材料浸泡之前，将所述坯件互相组合。 例如，图18中所示的L-坯件51是通过将图11中的L-坯件和根据图
9的L-坯件组合形成的。与图18中的L-坯件51的构造相比，图19中的 L-坯件52具有对称的构造，因为在它的上侧和它的下侧上的纤维方向相同。
相对地，根据图20的坯件53的复杂横截面形状可以通过将图11、 9、 15、 ll和12的坯件组合形成。必要时，还可以像图19中的L-坯件52 — 样对称配置坯件53，即，在它的上侧和它的下侧上具有相同的纤维方向。
本发明涉及一种加强梁1, 6, 22, 23, 36，特别是用于航空器机身舱室的 弯曲环框架节段，所述加强梁包括由至少一种纤维层压材料9， 25, 37加强 的合成材料，其中，所述一种纤维层压材料9,25,37或多种纤维层压材料 9, 25, 37包含至少一层具有第一纤维方向的全面积层10, 29, 39和至少一 层具有第二纤维方向的全面积层11,31,40，其中，至少一层具有第三纤维 方向的再一层12， 34, 41被布置在所述一种纤维层压材料9， 25， 37或多种 纤维层压材料9、 35、 37的外围区域16中。
可以将第一和第二纤维方向的层10, 11, 29, 31, 39, 40布置在加强梁1, 6, 22, 23, 36主要承受剪切力和/或横向力的基部部分3, 21， 28, 44中。
可以将第一和第二纤维方向以及第三纤维方向的层10-12, 29, 31, 34, 39-41布置在加强梁1， 6, 22， 23, 36主要承受拉伸力和/或压缩力的外部部 分4, 5,20, 33,45中。
此外，可以用基本上平行并且相互等距排列的许多纤维13-15, 30， 32, 35来分别形成层10-12, 29， 31, 34， 39-41。
第一纤维方向可以在+20°至+70°的范围内。
第二纤维方向可以在-70°至-20°的范围内。
第二纤维方向可以基本上为O。。
可以将基部部分3, 21, 28, 44悬垂，以制造弯曲加强梁1， 6, 22, 23, 36。
加强梁1， 6， 22, 23， 36的基部部分3, 21, 28， 44和外部部分4， 5, 20， 33， 45可以限定约90。的角，从而形成L-形横截面。
具体地，可以在基部部分3, 21, 28, 44的区域中将加强梁1, 6， 22, 23, 36至少弯曲一次，以形成Z-形或C-形横截面。
可以用许多纤维13-15,30,32,35，特别是用碳纤维、玻璃纤维、芳族
聚酰胺纤维等的多轴向纤维层压材料，形成纤维层压材料9, 25, 37。
合成材料可以是可固化的合成材料，特别是环氧树脂、聚酯类树脂、
BMI树脂等。
本发明还涉及一种用于制造加强梁1, 6， 22, 23、 36，特别是用于航空 器机身舱室的弯曲环框架节段的方法，所述加强梁包括由至少一种纤维层 压材料9,25,37加强的合成材料，其中，所述纤维层压材料9,25，37包含 至少一层具有第一纤维方向的全面积层10, 29, 39和至少一层具有第二纤 维方向的全面积层11,31,40，以及至少一层布置在外围区域16,26,38中 的具有第三纤维方向的再一层12,34,41，该方法包括下列步骤
-将至少一种纤维层压材料9， 25, 37的外围区域16, 26, 38放置在弯曲 支撑件上，
-弯曲该纤维层压材料9，25,37的基部区域19，以形成坯件，特别是
具有L-形横截面的L-坯件43, 51, 52，
-用可固化的合成材料浸渍该坯件，并且固化该坯件。
具体地，在固化之前，可以将至少一个L-坯件43, 51,52的基部区域
19至少弯曲一次，以形成具有Z-形横截面的Z-坯件49或具有C-形横截
面的C-坯件50。
优选在用可固化的合成材料浸渍之前，可以将L-坯件43, 51, 52; Z-坯件49或C-坯件50相互组合，以形成具有复杂横截面的加强梁1, 6, 22, 23, 36。
可以将第一和第二纤维方向的层10， 11, 29, 31, 39, 40主要布置在加强 梁1, 6, 22, 23， 36主要承受剪切力和/或横向力的基部部分3, 21, 28， 44中。
可以将第一和第二纤维方向以及第三纤维方向的层10, 12， 29， 31, 34， 39-41主要布置在加强梁1, 6， 22， 23, 36主要承受拉伸力和/或压縮力的外 部部分4, 5,33,45中。
可以用许多纤维13-15,30,32,35，特别是用碳纤维、玻璃纤维、芳族 聚酰胺纤维等的多轴向纤维层压材料，形成纤维层压材料9，25,37。
具体地，可以将环氧树脂、聚酯类树脂、BMI树脂等用于浸渍一种纤 维层压材料9, 25, 37或多种纤维层压材料9， 25, 37。
本发明进一步涉及一种用于制造加强梁1， 6, 22, 23, 36，特别是环状框架节段的纤维层压材料9,25,37，其中，所述纤维层压材料9,25，37包含 至少一层具有第一纤维方向的层10, 29, 39和至少一层具有第二纤维方向 的层11, 31, 40，以及至少一层具有第三纤维方向的再一层12, 34, 41，其 中，具有第一和第二纤维方向的层10，11,29,31,39,40是全面积层，而具 有第三纤维方向的一层12, 34, 41或多层12, 34, 41被布置在纤维层压材料 9， 25,37的外围区域16, 26,38中。
纤维层压材料9, 25, 37可以是条形或网形的。
纤维层压材料9, 25, 37的单独层10-12, 29， 31, 34, 39-41可以各自包含 基本上平行并且互相等距布置的许多纤维13-15, 30， 32, 35。
第一纤维方向可以在+20°至+70°的范围内，特别是以接受剪切和/或横 向力。
第二纤维方向可以在-70°至-20。的范围内，特别是以接受剪切和/或横 向力。
第二纤维方向可以是约0°，特别是以接受拉伸和/或压縮力。 纤维层压材料(9、 26、 37)的外围区域的宽度(17)和总宽度(18)之间的
比率可以在0.05和0.5之间。
纤维层压材料9、 26、 37可以由许多纤维13-15,30,32,35，特别是由碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等的多轴向纤维层压材料形成。
附图标记清单
1 加强梁
2 壳板
3 基部部分
4 外部部分
5 外部部分
6 加强梁
7 环状框架
8 接头
9 纤维层压材料
10 层(+45°纤维方向)
11 层(-45°纤维方向)
12 层(0。纤维方向)
13 纤维
14 纤维
15 纤维
16 外围区域
17 外围区域的宽度
18 总宽度
19 基部区域
20 外部部分
21 基部部分
22 加强梁
23 加强梁
24 L-坯件
25 纤维层压材料
26 外围区域
27 边界线
28 基部部分
29 层(+45°纤维方向)30纤维
31层(-45°纤维方向)
32纤维
33外部部分
34层(0。纤维方向)
35纤维
36加强梁
37纤维层压材料
38外围区域
39层(+45°纤维方向)
40层(-45°纤维方向)
41层(0。纤维方向)
42区域
43L揚
44基部部分
45外部部分
46线
47箭头
48箭头
49Z-坯件
50C-坯件
51L-坯件
52L-坯件
53坯件
权利要求
1.一种弯曲加强梁(1，6，22，23，36)，特别是用于航空器机身舱室的弯曲环框架节段，所述加强梁包括由至少一种纤维层压材料(9，25，37)加强的合成材料，其特征在于，所述纤维层压材料(9，25，37)包含在所述加强梁(1，6，22，23，36)的基部部分(3，21，28，44)中的至少一层具有第一纤维方向的全面积层(10，29，39)和至少一层具有第二纤维方向的全面积层(11，31，40)，所述基部部分(3，21，28，44)主要承受剪切力和/或横向力，其中，在所述纤维层压材料(9，25，37)的外围区域(16，26，38)中，至少一层具有第三纤维方向的再一层(12，34，41)被布置在加强梁(1，6，22，23，36)的外部部分(4，5，20，33，45)中，所述外部部分(4，5，20，33，45)主要承受拉伸力和/或压缩力，并且所述纤维层压材料(9，25，37)的基部部分(19)能够悬垂，其中所述纤维层压材料(9，25，37)的基部部分(19)和外围部分(16，26，38)限定了约90°的角，以形成具有L-形横截面的加强梁(1，6，22，23，36)。
2. 根据权利要求l的弯曲加强梁(1,6,22，23,36)， 其特征在于，所述层(10-12， 29， 31, 34, 39-41)各自是由基本上平行并且相互等距排 列的许多纤维(13-15， 30, 32, 35)形成的。
3. 根据权利要求1或2的弯曲加强梁(l, 6， 22, 23， 36)，其特征在于，第一纤维方向在+20°至+70°的范围内。
4. 根据权利要求1至3的弯曲加强梁(1,6,22，23,36)， 其特征在于，第二纤维方向在-70°至-20°的范围内。
5. 根据权利要求1至4中任一项的弯曲加强梁(l, 6, 22, 23， 36),其特征在于，第三纤维方向基本上为O。。
6. 根据权利要求1至5中任一项的弯曲加强梁(1,6,22,23,36)， 其特征在于，在所述基部部分(3, 21, 28, 44)的区域中将所述加强梁(1, 6， 22， 23， 36) 以约90。弯曲至少两次，以形成具有Z-形或C-形横截面的弯曲加强梁(1，6, 22,23,36)。
7. 根据权利要求1至6中任一项的弯曲加强梁(l, 6, 22, 23， 36)，其特征在于，所述纤维层压材料(9, 25, 37)是由许多纤维(13-15, 30， 32, 35)，特别是由碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等的多轴向纤维层压材料形成的。
8. 根据权利要求1至7中任一项的弯曲加强梁(l, 6， 22， 23, 36)，其特征在于，所述合成材料为可固化的合成材料，特别是环氧树脂、聚酯类树脂、 BMI树脂等。
9. 一种用于制造根据权利要求1至8中任一项的弯曲加强梁(l， 6， 22, 23,36)的方法，特别是用于航空器机身舱室的弯曲环框架节段，所述加强 梁包括由至少一种纤维层压材料(9,25,37)加强的合成材料，其中，所述纤 维层压材料(9， 25， 37)包含至少一层具有第一纤维方向的全面积层(10， 29, 39)和，以及至少一层布置在外围区域(16,26，38)中的具有第三纤维方向的 再一层(12， 34, 41)，所述至少一层具有第二纤维方向的全面积层(ll, 31, 40) 用于形成基部区域(19)，所述方法包括下列步骤-将纤维层压材料(9, 25, 37)的外围区域(16， 26, 38)放置在弯曲支撑件上，-使该纤维层压材料(9，25，37)的基部区域(19)弯曲，然后悬垂，以形 成具有L-形横截面的L-坯件(43, 51, 52)，-用可固化的合成材料浸渍所述L-坯件，并且固化所述L-坯件(43,51, 52)，以形成具有L-形横截面的弯曲加强梁(l, 6, 22， 23， 36)。
10. 根据权利要求9的方法， 其特征在于，在所述浸渍和固化之前，将所述L-坯件(43, 51, 52)的所述纤维层压材 料(9， 25, 37)的所述基部区域(19)以约90。弯曲至少两次，以形成具有Z-形 横截面的Z-坯件(49)或具有C-形横截面的C-坯件(50)。
11. 根据权利要求9或10的方法， 其特征在于，将用所述可固化的合成材料浸渍和固化的L-坯件(43, 51, 52)、 Z-坯件 (49)或C-坯件(50)相互组合，以形成具有复杂横截面的弯曲加强梁(1,6,22, 23， 36)。
12. 根据权利要求9至11中任一项的方法， 其特征在于，主要将第一和第二纤维方向的层(IO, 11， 29, 31, 39, 40)布置在所述弯 曲加强梁(1，6，22,23,36)的所述基部部分(3， 21, 28, 44)中，所述基部部分 (3， 21, 28, 44)主要承受剪切力禾口/或横向力。
13. 根据权利要求9至12中任一项的方法， 其特征在于，主要将第一和第二纤维方向以及第三纤维方向的层(IO, 12， 29, 31, 34, 39-41)布置在所述弯曲加强梁(1， 6， 22, 23， 36)的所述外部部分(4, 20, 33, 45) 中，所述外部部分(4, 20, 33， 45)主要承受拉伸力和/或压縮力。
14. 根据权利要求9至13中任一项的方法， 其特征在于，所述纤维层压材料(9, 25, 37)是由许多纤维(13-15, 30, 32， 35)，特别是 由碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等的多轴向纤维层压材料形成的。
15. 根据权利要求9至14的方法， 其特征在于，特别是将环氧树脂、聚酯类树脂、BMI树脂等用于浸渍所述一种纤维 层压材料(9，25,37)或所述多种纤维层压材料(9， 25， 37)。
全文摘要
本发明涉及一种加强坯料(1，6，22，23，36)，特别是用于航空器机身舱室的弯曲环框架节段，所述加强坯料包括由至少一种纤维层压材料(9，25，37)加强的合成材料。所述纤维层压材料(9，25，37)包含至少一层具有第一纤维方向的全面积层(10，29，39)和至少一层具有第二纤维方向的全面积层(11，31，40)，其中，至少一层具有第三纤维方向的再一层(12，34，41)被布置在纤维层压材料(9，25，37)的外围区域(16，26，38)中。本发明还涉及一种用于制造加强梁(1，6，22，23)的方法以及纤维层压材料(9，25，37)，所述纤维层压材料(9，25，37)用于制造本发明的加强梁(1，6，22，23，36)。
文档编号B64C1/06GK101198518SQ200680021403
公开日2008年6月11日 申请日期2006年6月20日 优先权日2005年6月22日
发明者克劳斯·埃德尔曼, 延斯·博尔德 申请人:空中客车德国有限公司