[发明专利]用于复合结构的圆角填料及形成其的方法

说明书

本发明涉及用于复合结构(30)的圆角填料(390)及形成其的方法(400)。所述方法(400)包括：确定细长空隙空间(38)的横截面形状，所述细长空隙空间在由复合材料(31)的多个层片(48)限定的过渡区(40)内延伸；以及确定过渡区(40)的材料性能域。所述方法(400)还包括：通过以下步骤形成圆角填料(390)：组合多段复合带(160)以限定与细长空隙空间(38)的横截面形状对应的圆角填料(390)横截面形状；以及至少部分地基于过渡区(40)的材料性能域来确定多段复合带(160)中的每段复合带的多段增强纤维(90)的取向。圆角填料(390)包括具有选择性取向的增强纤维(90)的圆角填料(390)。复合结构(30)包括圆角填料(390)。

技术领域

本公开总体上涉及可用于填充复合结构内的空隙空间的圆角填料，更特别地，涉及材料性能与周围复合结构的材料性能对应的圆角填料和/或形成该圆角填料的系统和方法。

背景技术

复合结构常包括层合结构，在该层合结构中，诸如预浸渍(或预浸)材料的复合材料的片材可弯曲、卷曲和/或以其它方式在第一平面或表面和第二平面或表面之间延伸。复合材料的片材的有限厚度和/或机械刚性导致第一表面和第二表面之间的过渡区中的有限弯曲或曲率半径；并且在一些几何结构中，空隙空间中的这个有限曲率半径导致复合材料的相邻片材之间的空隙空间或腔体。

这个空隙空间可被诸如圆角填料的填料材料填充或以其它方式被占据。圆角填料可被构造成为与之毗邻的复合材料片材提供机械支承和/或减小在复合结构正在卷曲时复合材料片材变形的可能性。虽然圆角填料的存在可为复合结构提供各种益处，但圆角填料的几何结构、横截面形状和/或材料性能与限定空隙空间的复合材料的几何结构、横截面形状和/或材料性能之间的差异会在形成和/或固化复合结构期间使复合结构和/或圆角填料变形。因此，可有利的是，使圆角填料的形状紧密地匹配空隙空间的形状或期望的形状。另外，还可有利的是，使圆角填料的材料性能匹配复合材料的片材和/或所得复合结构的材料性能。

传统的圆角填料常常利用单段复合材料，该复合材料在多个位置起皱从而形成可折叠形状，然后成型为最终的期望形状。另选地，传统的圆角填料可利用堆叠在彼此之上的多段复合材料，以形成多个平行平面的复合材料。这些方法都无法允许密切控制圆角填料的形状和/或材料性能，更别提使形状和/或材料性能匹配周围叠层的形状和/或材料性能。因此，存在改进的用于复合结构的圆角填料以及改进的用于制造圆角填料的系统和方法的需要。

发明内容

本文中公开了用于复合结构的圆角填料、包括圆角填料的复合结构、形成其的系统和方法。所述方法包括：确定细长空隙空间的横截面形状，所述细长空隙空间在由复合材料的多个层片限定的过渡区内延伸；以及确定所述过渡区的材料性能域。所述方法还包括通过以下步骤形成圆角填料：组合多段复合带以限定与所述细长空隙空间的横截面形状对应的圆角填料横截面形状；以及至少部分地基于所述过渡区的所述材料性能域来确定所述多段复合带中的每段复合带的多段增强纤维的取向。

在一些实施方式中，确定所述细长空隙空间的横截面形状的步骤包括：对所述复合结构进行建模；和/或确定所述细长空隙空间的期望的横截面形状。在一些实施方式中，确定所述过渡区的所述材料性能域的步骤包括：对所述复合结构的至少一部分进行建模。

在一些实施方式中，确定所述多段复合带中的每段复合带的多段增强纤维的取向的步骤包括：确定取向，使得所述圆角填料的材料性能域对应于所述过渡区的所述材料性能域。在一些实施方式中，确定所述多段复合带中的每段复合带的多段增强纤维的取向的步骤包括：确定取向，使得所述圆角填料的所述材料性能域在阈值材料性能域差异内匹配于所述过渡区的所述材料性能域。

在一些实施方式中，确定所述过渡区的所述材料性能域的步骤包括：确定所述过渡区的二维材料性能域和/或三维材料性能域。在一些实施方式中，所述过渡区的所述材料性能域包括所述过渡区的刚性域、所述过渡区的热膨胀系数域、和/或所述过渡区的应力域。