[发明专利]载荷施加元件和生产载荷施加元件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种载荷施加元件和一种生产载荷施加元件的方法。

背景技术

在大多数应用中，与将力引入由更常规材料制成的结构中相比，将力引入复合结构(例如由纤维增强塑料制成的结构)中是具有挑战性的。其一个原因是与例如常规金属合金相比，许多复合材料是高度各向异性的，并且相对脆弱。因此，由这些材料制成的结构可能对于如何将力引入其中的方式高度敏感。例如，钻孔和随后的螺纹切削以获得力传递点通常是不适用的，因为在大多数复合结构中这种措施引入的结构弱化比常规材料中高得多。

因此，现有技术中已知各种具体装置，以便将力施加到复合结构，而不会严重降低其结构能力。第一组载荷施加元件称作“镶件(onsert)”。载荷施加元件还可以称作“配件”。镶件通常使用粘合剂和/或机械限制装置连接到复合结构的表面。因此，可以将外力施加到镶件上，并且将穿过粘合剂传递到复合结构中。由此，镶件主要应用于至少部分完成的复合结构。第二组载荷施加元件至少部分地嵌入到复合结构中。这种类型的载荷施加元件(也称为“嵌件”(insert))通常在其生产过程中已经被定位在复合结构中。

US5079055以Brian P.Doyle的名义于1992年1月7日公布，并公开了一种包含彼此粘合的两个层压层的层合合成材料的加强件。根据US5079055，可以使用这种加强件以便建立紧固装置(例如螺栓或铆钉)的更持久附接。所述加强件包括由与层压制品的合成塑料材料相容的合成塑料材料形成的本体。此外，加强件适于粘合在层合合成材料的层压层之间。根据US5079055的增强件包括多个加强纤维，其被平行于层压层或垂直于层压层布置。布置成平行于层压层的纤维旨在分配整个层压层上施加到加强件的应力，而垂直于层压层布置的纤维旨在承受基本上垂直于层压层施加到加强件的应力。US5079055还描述了具有用于容纳固定装置的开口的加强件的实施例，例如由如金属制成的嵌件，其可以具有螺纹内部。

DE10148950以EADS Deutschland GmbH的名义于2003年4月24日公布，并描述了一种包含管状载荷施加元件的碳纤维结构。根据所述公布，载荷施加元件由多层碳纤维编织软管制成。载荷施加元件的一端形成为凸缘并且位于由碳纤维增强材料制成的大体层状基部结构的两个层之间。载荷施加元件在树脂基质注入和随后的固化期间连接到基部结构。

US2009/0301644以Georges Cahuzac等人的名义于2009年12月10日公布，并且示出了可用于复合结构的整体式加强件嵌件。根据该应用，加强嵌件包括嵌入硬化树脂中的叠置的纤维层，纤维层通过穿过所述层的接合纤维连接在一起，以形成也嵌入硬化树脂中的纤维部分。描述了这些层的各种比对以及层和材料的体积百分比。根据该公布，这种加强嵌件可以被加工成所需的形态，并且它们可以被刺穿和带有螺纹，使得其可以与螺钉或其它紧固元件组合使用。该文件进一步公开了一种用于生产这种加强嵌件的工艺。

发明内容

现有技术中已知的载荷施加元件具有几个缺点，取决于应用，这些可以是至关重要的。

对于作为复合结构的重要应用领域的轻型结构来说，载荷施加元件可以大大地贡献组件部分的总重量。这特别适用于仍然构成最广泛使用类型的载荷施加元件的金属制成的载荷施加元件。如上所述，许多复合结构对于它们如何被承载的方式相对敏感，这通常使得其必须在结构的较大区域上分配必须施加到复合结构上的外力。在这种应用中，载荷施加元件的最小空间尺寸可以主要由加载情况以及复合结构的类型给出。因此，载荷施加元件的重量可以主要取决于制成载荷施加元件的材料的比重。

铝通常用于载荷引入元件，因为它与其他金属相比具有相对低的比重。然而，与大多数复合材料相比，相较之下，铝具有相对较高的比重。另外也可以对由碳纤维增强塑料制成的附着结构引起电化腐蚀。这种腐蚀现象降低了复合结构的机械能力和寿命。在现有技术中，电化学不相容性通常通过相对广泛的电化学不相容材料的屏蔽和密封来抑制。

以相对较低比重为特征的其他材料，如连续塑料或短纤维增强塑料通常具有相当低的机械能力。

此外，为了将把外部载荷施加到复合结构上的区域的结构能力最大化，应考虑复合结构的结构各向异性。然而，使用由各向同性材料(例如金属)制成的载荷施加元件通常使得难以符合复合结构的各向异性机械特性。

各向异性在一定程度上可以通过改变由各向同性材料制成的力引入元件的尺寸和形状来控制。然而，这通常需要相对复杂的形状，因此对于以低价格进行的批量生产是不可行的。