專利名稱：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種由復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制 成的檢修蓋，但不限于此。
技術(shù)背景人孔蓋一類的檢修蓋是在使用過程中承受較高荷載的結(jié)構(gòu)，這種 結(jié)構(gòu)歷來是由鋼或鑄鐵制成的。眾所周知，金屬制人孔蓋較重并且不 易操縱。承重結(jié)構(gòu)往往是用各種鑄造方法制造而成的。用其中的一種 方法制造的成品的金屬為各向同性，除非該金屬已用例如物理處理等 形式的工藝鑄造，才能產(chǎn)生各向異性。然而，在絕大多數(shù)情況下是不 對(duì)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理的。因此，所用金屬各向同性的特性通常要作為 承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的考慮因素。
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的金屬制人孔蓋下側(cè)面的典型加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。其包括焊于頂板7下側(cè)面的單個(gè)梁6。頂板7上還焊有四個(gè)小型梁8，各 小型梁8的一端焊在單個(gè)梁6的兩縱向側(cè)面之一上。單個(gè)梁6承擔(dān)由 作用在人孔蓋上的任何荷載產(chǎn)生的大部分彎曲應(yīng)力。四個(gè)小型梁8起 橫梁的作用，并將荷載從梁6的一個(gè)縱向側(cè)面處的第一小型梁8傳給 相對(duì)縱向側(cè)面處的第二小型梁8。這是通過連接兩個(gè)對(duì)置小型梁8的 單個(gè)梁6完成的。在這種結(jié)構(gòu)中，如果是由例如結(jié)構(gòu)用低碳鋼制成，如4級(jí)熱軋鋼 (HR4),則材料的屈服抗拉強(qiáng)度將會(huì)達(dá)到175MN/m2。由作用在頂板 7上的任意荷載產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力將沿單個(gè)梁6長(zhǎng)度方向在單個(gè)梁6的 外側(cè)面6a上產(chǎn)生拉應(yīng)力。同樣，四個(gè)小型梁8也受到縱向上的張應(yīng)力 作用。小型梁8也會(huì)沿梁6的橫向而在單個(gè)梁6中產(chǎn)生拉應(yīng)力。由于 材料為各向同性，單個(gè)梁6外側(cè)面6a上的材料在梁橫向上的抗拉強(qiáng)度 與其縱向相同，即為175MN/m2。 一般而言，檢修蓋材料能夠承受考慮了材料的各向同性后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所確定的應(yīng)力。與金屬相比，纖維復(fù)合材料本質(zhì)上具有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即重量輕、熱 導(dǎo)值低且電阻值高。在檢修蓋制造業(yè)中，對(duì)于這些特征中的一個(gè)或多個(gè)有非常明確的要求。近二十年來，纖維復(fù)合材料已經(jīng)成功應(yīng)用在人孔蓋的制造中。在EP0147050B1的說明書中描述了復(fù)合人孔蓋。該發(fā)明提供了 一種結(jié)構(gòu)， 包括由腹板隔開的內(nèi)外表面。外表面和腹板由纖維增強(qiáng)塑料材料制成。 該結(jié)構(gòu)在邊緣處封閉，腹板間的間隙填有泡沫塑料材料。腹板中的纖 維結(jié)構(gòu)業(yè)已采用GB 2066308 (劍橋咨詢有限公司(Cambridge Consultants Limited))公開的三維編織技術(shù)作了進(jìn)一步的改進(jìn)。在 EP0365579B1的說明書中描述了這種人孔蓋的制造過程。這種由長(zhǎng)纖維連續(xù)絲，通常是指玻璃纖維或碳纖維，制成的這種 復(fù)合材料，置于基質(zhì)樹脂內(nèi)的特定結(jié)構(gòu)中，可被布置成在特定的方向 上具有特定的性能。例如，由復(fù)合玻璃纖維制成的梁的縱向拉力性能 為500MN/m2，橫向?yàn)?50MN/m2。這些值受任一特定方向(纖維結(jié) 構(gòu))放置的纖維量以及纖維的纖維容積分率(FVF)和特定結(jié)構(gòu)影響。 FVF表示特定體積中的纖維量，纖維數(shù)量越多，所獲得的材料性能越 高。高性能纖維復(fù)合材料的FVF—般為50%至60%。纖維通過搖晃 或縫編而放入可用的結(jié)構(gòu)中。該結(jié)構(gòu)影響著復(fù)合材料的最終性能，雖 然其影響力比纖維結(jié)構(gòu)或FVF的影響力小。由于抗拉強(qiáng)度值較高，復(fù) 合材料具有在制造承重結(jié)構(gòu)時(shí)用料較少的優(yōu)點(diǎn)。如果用復(fù)合材料來制造圖1中的人孔蓋，沿單個(gè)梁6長(zhǎng)度方向的 抗拉強(qiáng)度可達(dá)500MN/m2。四個(gè)小梁8的縱向可獲得相同的抗拉強(qiáng)度。 由于單個(gè)梁6通常被設(shè)計(jì)成具有較高的縱向抗拉強(qiáng)度，單個(gè)梁6橫向 的，即與縱向垂直的方向的抗拉強(qiáng)度將會(huì)減小。該值最大通?？蛇_(dá) 150MN/m2。使用時(shí)，與單個(gè)梁6的各縱向面相鄰的兩個(gè)小梁8的荷載 通過單個(gè)梁6相互傳送。在同一方向上，單個(gè)梁6的抗拉強(qiáng)度明顯小 于小梁8。因此，與這種結(jié)構(gòu)相關(guān)的問題在于位于與單個(gè)梁6的相對(duì) 縱向面連接的各對(duì)小梁8的端部之間的單個(gè)梁6的區(qū)域?yàn)榧訌?qiáng)結(jié)構(gòu)中強(qiáng)度較低的區(qū)域。所以需要其它的結(jié)構(gòu)/梁來克服強(qiáng)度較低的問題。一些人孔蓋是用來蓋住蒸汽管、熱風(fēng)管或熱水管的檢修口的。這 種人孔蓋和類似的承重結(jié)構(gòu)需要在這些結(jié)構(gòu)中設(shè)置孔形式的通氣孔。 目前廣泛應(yīng)用的上述外殼/腹板復(fù)合結(jié)構(gòu)并不實(shí)用?，F(xiàn)有技術(shù)中使用的 另一種方法是設(shè)置板狀的常規(guī)金屬人孔蓋，其下設(shè)置一承重結(jié)構(gòu)，其 中，在不包含承重結(jié)構(gòu)的板的區(qū)域內(nèi)可設(shè)置通氣孔。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明意在緩和并減輕上述問題，提供一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其具 有一種構(gòu)造，該構(gòu)造具有效加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)滿足重量、導(dǎo)熱和電阻要 求并選擇性地提供了檢修蓋上的通氣孔。因此，本發(fā)明提供了一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，包括一具有一上側(cè)面和 一下側(cè)面的板，以及至少第一和第二梁，各梁具有若干表面，包括至 少一上表面、 一下表面和一對(duì)隔開的側(cè)表面，其位于上表面和下表面 之間并與之聯(lián)接，各梁在上表面處與板的下側(cè)面連接，其中，第一梁 具有在側(cè)面之間延伸的端部開口的通道，而第二梁則穿過端部開口的 通道。承受載荷時(shí)，這種結(jié)構(gòu)使得各梁彼此獨(dú)立地起作用。方便起見，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)不限于兩個(gè)梁，而是可根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù) 人員所確定的方案而采用許多個(gè)梁。在優(yōu)選的配置中，通道和第二梁二者之間的大小和形狀使得第二 梁的上表面和下表面抵靠限定通道的相應(yīng)表面。此配置防止第一梁的 側(cè)表面因需在其中形成通道清除材料而損失強(qiáng)度。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，包括板和梁的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)由諸如玻璃或 碳纖維等之類的復(fù)合材料制成。在一優(yōu)選配置中，各梁包括由復(fù)合材 料制成的管狀外護(hù)套。護(hù)套內(nèi)可充填例如泡沫塑料的芯部構(gòu)件。各外 護(hù)套包括至少一個(gè)遠(yuǎn)離板的下側(cè)面的底壁和一靠近板的下側(cè)面的頂壁 以及一對(duì)隔開設(shè)置的側(cè)壁。優(yōu)選地，通道形成于第一梁中，從而第二 梁的護(hù)套的頂壁和底壁抵靠第一梁的護(hù)套的底壁和頂壁的內(nèi)表面。在一優(yōu)選配置中，梁的外護(hù)套及板中的每一個(gè)都包括纖維，所述 纖維被編織成一種結(jié)構(gòu)，基質(zhì)樹脂注入該結(jié)構(gòu)內(nèi)，以填充纖維間的空隙，之后樹脂被固化以得到成品。各外護(hù)套的編織結(jié)構(gòu)中的纖維被布置成使得在護(hù)套的底壁上獲得縱向高達(dá)500MN/m2、橫向高達(dá)或大于 150MN/n^的抗拉強(qiáng)度。最優(yōu)選的是，形成底壁的全部纖維的約72.5% 沿縱向延伸，約22.5%沿橫向延伸，約5%沿底壁所在平面的垂直方 向延伸。應(yīng)當(dāng)理解，上述數(shù)值在有些情況下會(huì)在合適的范圍內(nèi)波動(dòng)。 理想的情況是，外護(hù)套的各側(cè)壁中的纖維在該壁所在平面內(nèi)相對(duì)于該 壁的縱軸以±45°延伸。梁可用本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的各種方式 固定在板的下側(cè)。在優(yōu)選配置中，梁中的至少一個(gè)的纖維中的一些能 合并到板的下側(cè)的編織纖維結(jié)構(gòu)中并成為其一部分，從而增加梁和板 之間的連接強(qiáng)度。另一方面，本發(fā)明提供了一種用于制造復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法，包 括如下步驟(a) 提供一具有上側(cè)面和下側(cè)面的板；(b) 提供至少第一和第二梁，各梁具有若干表面，包括至少 一上表面和一下表面以及一對(duì)隔開的側(cè)表面，位于上表面與下表面之 間并與之聯(lián)接。(c) 形成第一梁中的端部開口的通道，其在第一梁的側(cè)面之間 延伸；以及(d) 將各梁的上表面固定在板的下側(cè)，從而第二梁穿過第一 梁的端部開口的通道。優(yōu)選地，該方法還包括確定通道和第二梁的大小及形狀，從而一 旦將第二梁放入通道中，第二梁的上面和底面就抵靠限定通道的相應(yīng) 表面的步驟。理想情況下，該方法還包括由諸如玻璃或碳纖維等之類的復(fù)合材 料制成板和梁的步驟。優(yōu)選地，該方法還包括用例如泡沫塑料的芯部 構(gòu)件填充護(hù)套內(nèi)部的步驟。在優(yōu)選的方法中，形成管狀外護(hù)套的步驟包括布設(shè)復(fù)合纖維，以 便在護(hù)套的底壁上獲得縱向高達(dá)500MN/m2、橫向高達(dá)或大于 150MN/m2的抗拉強(qiáng)度。最優(yōu)選的是，該方法包括將形成底壁的全部纖維的約72.5%布置成沿縱向延伸，約22.5%沿橫向延伸，約5%沿 底壁所在平面的垂直方向延伸。理想的情況是，該方法包括將各側(cè)壁 中的纖維布置成在該壁所在平面內(nèi)相對(duì)于該壁的縱軸以±45。延伸。最優(yōu)選的是，該方法包括將梁中的至少一個(gè)的纖維中的一些合并 到板的下側(cè)的纖維結(jié)構(gòu)中并成為其一部分，從而增加梁和板之間的連 接強(qiáng)度。理想的情況是，該方法包括如下的步驟在該步驟中，通過在第 一梁的外護(hù)套的各側(cè)壁中形成開口 ，并通過在外護(hù)套內(nèi)的芯部構(gòu)件中 形成一通路，從而提供端部開口的通道。選擇性地，開口是通過在基 質(zhì)樹脂注入編織的纖維結(jié)構(gòu)中之前在外護(hù)套的各側(cè)壁中形成I形切口 而得到的。I形切口包括基本沿側(cè)壁長(zhǎng)度方向的橫向延伸的豎向狹縫， 優(yōu)選地，該長(zhǎng)度自底壁的內(nèi)表面延伸至底壁的內(nèi)表面。豎向狹縫在豎 向狹縫的每一端與橫向狹縫鄰接，橫向狹縫基本垂直于豎向狹縫延伸。 豎向和橫向狹縫在縱向壁的材料中形成一對(duì)折翼。折翼然后向內(nèi)彎曲 以限定開口。本方法還包括將裝配好板和梁置入模子內(nèi)并將基質(zhì)樹脂注入模子內(nèi)以充滿纖維之間的空隙。有利地，在優(yōu)選的方法中，注入基質(zhì)樹脂 使得折翼與第二梁的外護(hù)套的側(cè)壁的材料成為一體。隨后，樹脂固化以獲得成品。另一方面，本發(fā)明提供了一種用于在由編織纖維制成的復(fù)合材料 中形成通氣孔的方法。在單層編織纖維材料中，孔可用尖頭工具刺入 纖維、從而將纖維在穿刺的位置處分開并在工具周圍形成孔而形成。 在本發(fā)明的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的板中，可使用的工具包括一基部和至少一 個(gè)尖頭工具以及優(yōu)選一系列這種尖頭工具。為了在板中形成通氣孔， 將若干單層編織纖維片 一層接一層地堆放在基板上。通過將纖維移動(dòng) 到尖頭工具的周圍而形成貫穿疊層的孔。然后將基質(zhì)樹脂注入纖維間 的空隙內(nèi)，限定孔的分開的纖維則在模制過程中固定就位。在優(yōu)選實(shí)施方式中，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)包括一對(duì)第一梁和一對(duì)第二梁， 各第一梁包括兩個(gè)用于接收第二梁的通道，該通道沿各第一梁的長(zhǎng)度方向彼此隔開，并且其中一個(gè)第一梁的通道與另一個(gè)第一梁的相應(yīng)通道對(duì)齊。每對(duì)第二梁垂直地穿過第一梁上的通道。優(yōu)選地，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)包括一或多個(gè)根據(jù)上述方法形成的通氣孔。 本發(fā)明的上述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)選用于檢修蓋中，然而并非限于此。 附圖簡(jiǎn)要說明通過下面的詳細(xì)描述以及附圖將更加清楚本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，其中 圖1為現(xiàn)有技術(shù)的檢修蓋的下側(cè)面的三梁結(jié)構(gòu)的透視圖； 圖2為根據(jù)本發(fā)明的檢修蓋的下側(cè)面的穿梁結(jié)構(gòu)的透視圖； 圖3為圖2的檢修蓋的梁的外護(hù)套的透視圖； 圖4和5為本發(fā)明的檢修蓋的較大梁的外護(hù)套的透視圖，示出了 通道橫向穿過梁而形成的方式；圖6為示出了一片單層纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和用于在材料中形成孔的尖頭工具的透視圖；圖7為圖6的復(fù)合材料片的平面圖，其中形成有通氣孔； 圖8為應(yīng)用了本發(fā)明的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的檢修蓋的透視圖。
具體實(shí)施方式
圖2的檢修蓋總體以附圖標(biāo)記1表示。檢修蓋1包括具有上側(cè)面 2a、下側(cè)面2b以及設(shè)置于下側(cè)面2b上的加強(qiáng)梁結(jié)構(gòu)100的板2。加 強(qiáng)梁結(jié)構(gòu)100包括一對(duì)沿某一方向橫跨下側(cè)面2b延伸的較大的梁3 以及一對(duì)基本上垂直于較大的梁3延伸的較小的梁。下面將論述梁3 和4固定到板2下側(cè)面上的方式。各較大的梁3具有一對(duì)側(cè)表面3a、 一遠(yuǎn)離下側(cè)面2b的下表面3b和一上表面3c。各較小的梁4具有一對(duì) 側(cè)表面4a、 一下表面4b和一上表面4c。通道在較大的梁3中形成， 使得較小的梁4穿過較大的梁3，下文將會(huì)描述。在本實(shí)施方式中，檢修蓋l，包括梁3和4以及板2，是由玻璃纖 維或碳纖維之類的復(fù)合材料制成。各梁3和4具有一由復(fù)合材料制成 的外護(hù)套10(參見圖3)以及由泡沫塑料材料制成的芯部(未示出)。 外護(hù)套10包括一對(duì)側(cè)壁10a、 一底壁10b和一頂壁10c。外護(hù)套10 是通過在芯部周圍形成一層加強(qiáng)纖維結(jié)構(gòu)，通常是編織纖維結(jié)構(gòu)，將其放入模子內(nèi)，然后將液態(tài)基質(zhì)樹脂注入模子內(nèi)填充纖維間的空隙而 形成的。之后，樹脂固化，由此方法獲得的梁具有優(yōu)良的機(jī)械性能，且重量較輕。如圖4所示，在本發(fā)明的此實(shí)施方式中，護(hù)套10的橫截 面為矩形，因此梁3和4也為矩形，但在本發(fā)明的范圍內(nèi)，各種截面 均有可能。如果檢修蓋l是在高溫環(huán)境中使用，例如在蒸汽管、熱風(fēng) 管或熱水管附近使用，優(yōu)選選擇具有耐熱變形性能的基質(zhì)樹脂。較大的梁3基本上彼此平行地延伸。 一對(duì)端部開口的通道5(參 見圖2和5)沿較大的梁3的橫向形成，用于接收較小的梁4。各通道 5從梁3和一側(cè)面3a延伸至另 一側(cè)面，各較大的梁3的兩個(gè)通道5沿 梁3的長(zhǎng)度方向隔開。其中一個(gè)較大的梁3的各通道5與另一個(gè)梁3 的相應(yīng)通道對(duì)齊，從而使得較小的梁4通過兩個(gè)較大的梁4。通道5 是通過在較大的梁3的外護(hù)套的縱相壁面10a中形成開口 9 (參見圖 5)，并在外護(hù)套10內(nèi)的芯部中形成在開口 9之間延伸的通路而形成的。 開口 9可用本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的任一合適方法形成。圖4和5 示出了形成通道9的一種方式的例子。開口 9是在將基質(zhì)樹脂模制到 結(jié)構(gòu)中之前，在外護(hù)套10的側(cè)壁10a的編織纖維結(jié)構(gòu)中形成T形切 口而形成的。T形切口包括一豎向狹縫15，其從頂壁10c的內(nèi)表面12 基本穿過側(cè)壁10a延伸至底壁10b的內(nèi)表面11。豎向狹縫15在豎向 狹縫15的各自由端與一水平狹縫16鄰接，水平狹縫16基本上垂直于 豎向狹縫15延伸。豎向狹縫15和水平狹縫16限定出一對(duì)折翼17。 折翼17向內(nèi)彎曲(圖5)以使得較小的梁4能夠插入通道5中。在模 制過程中，折翼17的材料成為較小的梁4的側(cè)面4a的一部分，從而 梁3內(nèi)較小的梁4穿過的區(qū)域內(nèi)的較大的梁3得到加強(qiáng)。這樣，在本實(shí)施方式中，各通道5的第一對(duì)相對(duì)的壁分別由外護(hù) 套10的底壁10b和頂壁10c的內(nèi)表面11和12限定。通道5的第二對(duì) 相對(duì)的壁由護(hù)套10內(nèi)的芯部的表面(未示出)限定。在護(hù)套10內(nèi)沒 有芯部的情況下，用于較小的梁4的通道5可通過僅僅向內(nèi)彎曲折翼 17而設(shè)置，或者實(shí)際上，通過從較大的梁3的外護(hù)套10的側(cè)壁10a 上切出適當(dāng)?shù)牟糠侄纬伞１緦?shí)施方式在使用時(shí)，較小梁4的下表面4b和上表面4c分別與較大的梁3的外護(hù)套IO的內(nèi)表面11和12相接 觸。從而，盡管通過形成通道5而在較大的梁3中形成了空隙，較小 的梁4和較大的梁3的接觸面使得較大的梁3的縱壁3a能夠保持住強(qiáng) 度。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于嚴(yán)格使用四根梁，實(shí)際上，可以設(shè)置具 有或多或少的梁的其它結(jié)構(gòu)來支撐板。本發(fā)明也不限于較大和較小梁 之間的特定角度，其可基本為直角之外的其它角度。梁的橫斷面形狀 也不限于矩形橫斷面，而是可以在某些情況下作適當(dāng)?shù)母淖?。各較大梁3的外表面3b上的纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成具有500MN/n^的縱 向(圖3中的X向)強(qiáng)度，和150MN/m2的橫向(圖3中的Y向)強(qiáng) 度。所以，底壁10b的纖維中的大部分一般為存在于底壁10b中的全 部纖維的約72.5°/。沿X方向延伸，約22.5%的纖維沿Y方向延伸，其 余的纖維， 一般為約5%沿圖3的Z方向延伸。使用時(shí)，梁的側(cè)表面 3a受到與作用在下表面3b上的彎曲應(yīng)力相反的剪切應(yīng)力作用。因此， 如圖3所示，梁3的外護(hù)套10的各側(cè)壁10a包含沿與X方向成±45 °延伸的纖維，此方向的纖維為側(cè)表面3a提供最佳的抗剪強(qiáng)度。兩個(gè) 較小的梁4中也存在相同的纖維結(jié)構(gòu)。梁3和4可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的各種方法連接在人孔 蓋l的下側(cè)面2b上。例如，梁3和4可鋪設(shè)在形成下側(cè)面2b的纖維 結(jié)構(gòu)上，然后再模制成成品。在更為優(yōu)選的配置中， 一對(duì)梁，例如一 對(duì)較大的梁3可與下側(cè)面2b以上述相同的方法成為一體，即通過模制 下側(cè)面2b及梁3的鄰接表面，而較小的那對(duì)梁4的某些纖維可直接合 并到下側(cè)面2b的纖維結(jié)構(gòu)中形成為其一部分，然后模制成成品。后一 配置增大了梁結(jié)構(gòu)與檢修蓋1的板2之間的連接強(qiáng)度。通氣孔可以形成。在有些國(guó)家，對(duì)用于提供通氣的孔的尺寸有規(guī) 范限制，其中的一種規(guī)范將孔的尺寸限制為直徑為12.7mm ( 1/2")， 以免鞋跟卡在通氣孔中。制造通氣孔的慣用方法包括現(xiàn)場(chǎng)鉆孔或鑄孔。 然而，由于目前描述的檢修蓋1的編織纖維結(jié)構(gòu)決定著其為各向異性， 使用這種方法將導(dǎo)致纖維喪失其完整性，從而導(dǎo)致檢修蓋的板2強(qiáng)度損失，因此并不適合這種復(fù)合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供了一種用于在由布置成特定結(jié)構(gòu)，例如織物結(jié)構(gòu)的纖維制成的復(fù)合材料中形成通氣孔的方法。如圖6和7所示，就由編織 纖維制成的標(biāo)準(zhǔn)單層材料30而言，用尖頭工具20刺穿該材料的纖維， 從而將刺穿位置處的纖維繞尖頭工具20分開，從而在材料30的結(jié)構(gòu) 中形成孔40。通過將多層這種單層編織纖維材料置于基板(未示出)上，基板 上設(shè)有一或多個(gè)這種尖頭工具20，可形成包含多層的層疊板，有一或 多個(gè)通氣孔從其中穿過。僅為舉例，圖8中所示的多孔圖案可通過本 發(fā)明的檢修蓋100的這種方法獲得。然后將具有預(yù)制孔的層疊板放在模子內(nèi)，并通過如上所述的注入 基質(zhì)樹脂而模制成成品。這種孔周圍的沿孔的軸向的材料厚度因纖維 要隨著孔形成工具而在此方向上移動(dòng)將會(huì)增加。如此配置的纖維同樣 保持著恰當(dāng)?shù)睦w維容積分率值(FVF )。為了從復(fù)合材料獲得最佳性能， 復(fù)合材料中的纖維必須在某些位置保持直線，并且移動(dòng)纖維以使它們 繞過孔減小成品的強(qiáng)度。盡管如此，孔大小為12至13mm，更具體的為12.7mm的結(jié)構(gòu)中 產(chǎn)生的位移量相比因在結(jié)構(gòu)中鉆孔所引起的損害仍然較小，因此是一 種更有效的成孔方法。應(yīng)當(dāng)理解，下面描述的"通梁"結(jié)構(gòu)并不僅限于僅使用復(fù)合材料， 而是可應(yīng)用于具有方向性能的其它合適材料上，或者實(shí)際上，任何不 管是各向同性或各向異性的合適材料。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不僅限于上述以舉例形式給出的具體描述，在 不脫離如權(quán)利要求書確定的本發(fā)明的范圍的基礎(chǔ)上可作各種修改或變 更。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，包括一具有一上側(cè)面(2a)、一下側(cè)面(2b)和至少第一和第二梁(3、4)的板(2)，各梁具有若干表面，所述若干表面包括至少一上表面(3c、4c)和一下表面(3b、4b)和一對(duì)隔開的側(cè)表面(3a、4a)，所述側(cè)表面(3a、4a)位于上表面(3c、4c)和下表面(3b、4b)之間并與之聯(lián)接，各梁(3、4)在上表面(3c、4c)處固定到板(2)的下側(cè)面上，其中，第一梁(3)具有在側(cè)面(3a)之間延伸的端部開口的通道(5)，第二梁(4)穿過所述端部開口的通道(5)。
2. 如權(quán)利要求1的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其特征在于，端部開口的通道 (5)和第二梁(4)之間的大小及形狀使得第二梁的上表面(4c)和下表面(4b)抵靠著限定通道的相應(yīng)表面。
3. 如權(quán)利要求1或2的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其特征在于，各梁包括一 由復(fù)合材料制成的管狀外護(hù)套(10)。
4. 如權(quán)利要求3的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其特征在于，各管狀外護(hù)套(10 ) 包括一遠(yuǎn)離板(2)的下側(cè)面(2b)的底壁(10b)、 一靠近板(2)的 下側(cè)面(2b)的頂壁(10c)以及一對(duì)隔開的側(cè)壁(10a)。
5. 如權(quán)利要求3或4的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其特征在于，管狀外護(hù)套 (10)的內(nèi)部填充有一芯部構(gòu)件。
6. 如權(quán)利要求3、 4或5的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其特征在于，端部開口 的通道(5)形成于第一梁(3)中，從而第二梁(4)的護(hù)套(10)的 頂壁(10c )和底壁(10b )抵靠第一梁(3 )的護(hù)套(10 )的底壁(10b ) 和頂壁(10c)的內(nèi)表面(11、 12)。
7. 如權(quán)利要求3至6之一的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其特征在于，梁的外 護(hù)套(10)和板(2)中的每一個(gè)都包括纖維，所述纖維編織成一種結(jié) 構(gòu)，該結(jié)構(gòu)內(nèi)注有基質(zhì)樹脂。
8. 如權(quán)利要求7的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其特征在于，各外護(hù)套(IO) 的編織結(jié)構(gòu)中的纖維被布置成使得護(hù)套的底壁(10b )上的縱向抗拉強(qiáng)度高達(dá)500MN/m2，橫向抗拉強(qiáng)度高達(dá)或大于150MN/m2。
9. 如權(quán)利要求7或8的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其特征在于，梁(3、 4) 的至少一個(gè)中的纖維中的一些被合并到板(2)的下側(cè)面(2b)的編織 纖維結(jié)構(gòu)中并成為其一部分。
10. —種用于制造復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法，包括如下步驟(a) 形成一具有上側(cè)面(2a)和下側(cè)面(2b)的板(2);(b) 形成至少第一梁(3)和第二梁(4)，各梁具有若干表面， 所述若干表面包括至少一上表面(3c、 4c)、 一下表面(3b、 4b)和一 對(duì)隔開的側(cè)表面(3a、 4a)，所述側(cè)表面(3a、 4a)位于上表面(3c、 4c)和下表面(3b、 4b)之間并與之連接；(c) 在第一梁(3)中形成端部開口的通道(5)，其在第一梁(3) 的側(cè)表面(3a)之間延伸；以及(d) 將各梁(3、 4)在上表面(3c、 4c)處固定到板(2)的下 側(cè)面(2b),從而第二梁(4)穿過第一梁(3)中的端部開口的通道(5)。
11. 如權(quán)利要求10的方法，其特征在于，該方法還包括確定通道(5) 和第二梁(4)的大小及形狀使得第二梁(4)的上表面(4c)和底表 面(4b)抵靠限定通道(5)的相應(yīng)表面的步驟。
12. 如權(quán)利要求10或11的方法，其特征在于，該方法還包括形成 每一個(gè)梁(3、 4)使得梁(3、 4)包括一由復(fù)合材料制成的管狀外護(hù) 套(10)的步驟。
13. 如權(quán)利要求12的方法，其特征在于，該方法還包括用一芯部 構(gòu)件填充護(hù)套(IO)內(nèi)部的步驟。
14. 如權(quán)利要求12或13的方法，其特征在于，該方法還包括用泡 沫塑料填充護(hù)套(10)內(nèi)部的步驟。
15. 如權(quán)利要求12、 13或14的方法，其特征在于，該方法還包括 如下步驟，在該步驟中形成管狀外護(hù)套(IO)，使得復(fù)合材料包括纖維， 所述纖維被編織從而在護(hù)套的底壁上獲得高達(dá)500MN/m2的縱向抗拉 強(qiáng)度、高達(dá)或大于150MN/m2的橫向抗拉強(qiáng)度。
16. 如權(quán)利要求10至15之一的方法，其特征在于，該方法還包括將梁(3、 4)中的至少一個(gè)的纖維中的一些被合并到板(2)的下側(cè)面 (2b)的纖維結(jié)構(gòu)中并成為其一部分，以增加梁(3、 4)與板(2)之 間的連接強(qiáng)度。
17. 如權(quán)利要求12至16之一的方法，其特征在于，包括如下的步 驟，在該步驟中通過在第一梁(3)的外護(hù)套(10)的各側(cè)壁(10a) 中形成一開口，并在外護(hù)套(IO)內(nèi)的芯部構(gòu)件中形成一通道從而提 供端部開口的通道(5)。
18. 如權(quán)利要求15、 16或17的方法，其特征在于，該方法還包括 將裝配好的板(2)和梁(3、 4)放在一模子中，以及將基質(zhì)樹脂注入模子內(nèi)以填充纖維間的空隙。
19. 如權(quán)利要求10至18之一的方法，其特征在于，該方法還包括 在由編織纖維制成的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中形成通氣孔(40)的步驟。
20. 基本上根據(jù)參照附圖所描述及其所示的任一實(shí)施方式的一種 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
21. 基本上根據(jù)參照附圖所描述及其所示的任一實(shí)施方式的一種 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制造方法。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，包括一具有一上側(cè)面(2a)、一下側(cè)面(2b)的板(2)，和至少第一和第二梁(3、4)，各梁具有若干表面，包括至少一上表面(3c、4c)和一下表面(3b、4b)和一對(duì)隔開的側(cè)表面(3a、4a)，其位于上表面(3c、4c)和下表面(3b、4b)之間并與之聯(lián)接，各梁(3、4)在上表面(3c、4c)處與板(2)的下側(cè)面連接，其中，第一梁(3)具有一在側(cè)表面(3a)之間延伸的端部開口的通道(5)，而第二梁(4)則穿過端部開口的通道(5)。
文檔編號(hào)E02D29/14GK101273174SQ200680035875
公開日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2006年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月19日
發(fā)明者努阿拉·唐納倫, 約翰·雷金納德·牛頓 申請(qǐng)人:Tb復(fù)合有限公司;努阿拉·唐納倫;約翰·雷金納德·牛頓