Vigas de material compuesto contorneadas complejas y procedimientos de fabricación.

Un procedimiento de fabricación de un componente estructural de material compuesto

(104) que tiene en parte un contorno uniforme (120, 124) y en parte un contorno complejo (122), estando el componente formado de cargas planas de capas de material compuesto de fibra de carbono unidireccional (150, 152, 153, 154, 156, 157), comprendiendo el procedimiento:

agrupar las cargas planas en pilas discretas de capas que tienen fibras de cero grados y capas que tienen fibras de no cero grados;

ordenar las pilas de cargas planas para crear grupos de capas discretas para las porciones de contorno uniforme y complejo del componente, respectivamente, y

aplicar por separado al menos algunas de las capas que tienen fibras de cero grados a las porciones de contorno uniforme y complejo del componente.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12172778.

Solicitante: THE BOEING COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 100 NORTH RIVERSIDE PLAZA CHICAGO, IL 60606-2016 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: GLEASON,GREGORY,R, ZENKNER,GRANT C, HAWORTH,TROY A, KAABOUR,NAZIR M.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/34 (conformación o impregnación por compresión)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > AERONAVES; AVIACION; ASTRONAUTICA > AEROPLANOS; HELICOPTEROS (vehículos de colchón... > Fuselajes; Características estructurales comunes... > B64C1/18 (Suelos)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/20 (orientadas en una sola dirección, p. ej. mechas u otras fibras paralelas)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > SISTEMA DE INDEXACION ASOCIADO A LA SUBCLASE B29C,... > B29L31/00 (Otros objetos particulares)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > FABRICACION DE OBJETOS PARTICULARES A PARTIR DE MATERIAS... > B29D99/00 (Materia no prevista en otros grupos de esta subclase)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > SISTEMA DE INDEXACION ASOCIADO A LAS SUBCLASES B29B,... > Uso de elementos no metálicos, para piezas preformadas,... > B29K707/04 (Carbono)

PDF original: ES-2472726_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Vigas de material compuesto contorneadas complejas y procedimientos de fabricaciïn.

ANTECEDENTES DE LA DIVULGACIïN

La presente divulgaciïn se refiere generalmente a la fabricaciïn de componentes estructurales usando procedimientos de laminaciïn de fibra compuesta, y mïs especïficamente a la formaciïn de estructuras laminadas de fibra compuesta que tienen perfiles contorneados.

Las ventajas del rendimiento estructural de los materiales compuestos, tales como, solo por nombrar algunos, materiales de fibra de carbono-epoxi y grafito-bismaleimida (BMI) , son ampliamente conocidas en la industria aeroespacial. Los diseïadores de aviones han sido atraïdos por materiales compuestos debido a, por ejemplo, su rigidez, fuerza y capacidades absorciïn de radar superiores. Como estïn disponibles materiales mïs avanzados y una variedad mïs amplia de formas de material, el uso aeroespacial de los materiales compuestos ha aumentado. Se ha desarrollado la tecnologïa de capas de cinta automatizada para convertirse en un procedimiento automatizado ampliamente usado para la fabricaciïn de estructuras de material compuesto grandes tales como ala, sin limitaciïn, fuselaje y ensamblajes de empenaje. La actual tecnologïa de disposiciïn de fibra compuesta y colocaciïn de cinta ha mejorado para ofrecer flexibilidad en las capacidades de procedimiento requeridas para una amplia variedad de componentes aeroespaciales. A medida que mejoren los procedimientos de apilamiento de material compuesto con los avances en la automatizaciïn, se definirïn aplicaciones nuevas e innovadoras.

La fabricaciïn de ciertos componentes de material compuesto, tales como vigas de soporte, marcos y refuerzos para aviïn o vehïculos, se desea por peso reducido y capacidades de resistencia a la corrosiïn y fatiga mejoradas. Tales componentes normalmente se apilarïan con capas de materiales compuestos de fibra de carbono unidireccional, con capas orientadas de manera diferente de una a otra dependiendo de las propiedades estructurales deseadas.

El documento EP 1 609 584 A1 desvela la fabricaciïn de componentes de material compuesto que tienen una parte de compuesto de capas de materiales compuestos de fibra de carbono unidireccional.

Se ha observado, sin embargo, que algunas de las capas pueden arrugarse durante la fabricaciïn de ciertos componentes que tienen secciones transversales no uniformes a lo largo de la longitud de la parte. Esto puede producir que el componente tenga un contorno o perfil externo variable, y discontinuo, a lo largo de su longitud. Tales arrugas son no deseables y han prevenido el uso generalizado y la adopciïn de materiales compuestos para fabricar componentes que pueden ser propensos a arrugar los materiales compuestos.

BREVE DESCRIPCIïN

De acuerdo con realizaciones a modo de ejemplo desveladas, se proporcionan componentes y procedimientos de fabricaciïn para la fabricaciïn de componentes estructurales que tienen discontinuidades en su contorno externo usando capas de material compuesto mientras que se evita la formaciïn de arrugas no deseables de algunas de las capas de material usadas para fabricar el componente.

En una realizaciïn a modo de ejemplo se desvela un componente estructural. El componente comprende un cuerpo formado de capas de material compuesto de fibra de carbono unidireccional, teniendo el cuerpo un eje longitudinal y una secciïn transversal perpendicular al eje longitudinal. La secciïn transversal varïa a lo largo de una porciïn de los ejes longitudinales que proveen al cuerpo de al menos un contorno uniforme y al menos un contorno complejo. Las capas de material compuesto que forman el contorno uniforme son discontinuas a lo largo del eje longitudinal.

Opcionalmente, la secciïn transversal puede comprender una banda continua y al menos un reborde que se extiende de la banda continua. Las capas de material compuesto de fibra pueden comprender material preimpregnado de cinta unidireccional. El cuerpo puede comprender una viga que tiene una banda continua y rebordes opuestos que se extienden de la banda continua, extendiïndose una porciïn de los rebordes opuestos paralela a otra, y extendiïndose una porciïn de los rebordes oblicuamente a otra para definir el contorno complejo. Una de las bandas continuas opuestas puede ser sustancialmente recta y continua, y uno de los rebordes puede ser en parte paralelo y en parte oblicuo al otro reborde. Al menos algunas de las capas de material compuesto que forman el contorno complejo pueden ser continuas a lo largo del eje longitudinal, formando asï el perfil de contorno complejo sin formaciïn de arrugas de fibras unidireccionales alineadas con el eje longitudinal. El cuerpo puede comprender mïltiples capas de material compuesto de fibra de carbono unidireccional dispuestas para definir un perfil lineal y un perfil no lineal, en el que las mïltiples capas que forman el perfil de contorno no lineal estïn dispuestas de manera diferente de las mïltiples capas que forman el perfil lineal a lo largo del eje longitudinal del componente. Las capas de material compuesto que forman la fibra orientada paralela al eje longitudinal pueden ser discontinuas adyacentes al perfil contorneado no lineal. El componente puede comprender una viga alargada.

Tambiïn se desvela una realizaciïn de un componente estructural fabricado de un material compuesto. El componente comprende un cuerpo alargado formado de capas de material compuesto de fibra de carbono unidireccional, teniendo el cuerpo un eje longitudinal y una longitud axial, siendo una superficie externa del cuerpo parcialmente lineal y parcialmente no lineal a lo largo de la longitud axial, y teniendo las capas al menos algunas fibras orientadas paralelas al eje longitudinal. Las fibras orientadas paralelas al eje longitudinal son discontinuas a lo largo de la superficie externa no lineal, evitando asï la formaciïn de arrugas de las fibras unidireccionales alineadas con el eje longitudinal.

De acuerdo con las realizaciones a modo de ejemplo desveladas, un contorno complejo puede comprender una primera porciïn recta que tiene una primera secciïn transversal y uniforme a lo largo del eje longitudinal; una segunda porciïn recta que tiene una segunda secciïn transversal y uniforme a lo largo del eje longitudinal, siendo la segunda secciïn transversal diferente de la primera secciïn transversal; y una porciïn de transiciïn que se extiende entre la primera y segunda porciones rectas que tiene una tercera secciïn transversal que no es uniforme a lo largo del eje longitudinal.

Opcionalmente, el cuerpo puede comprender una banda continua y al menos un reborde, definiendo el reborde la parte no lineal del cuerpo. Las capas pueden comprender material preimpregnado de cinta unidireccional, y la porciïn no lineal puede comprender una porciïn recta que se extiende oblicuamente al eje longitudinal y al menos una porciïn de radio. Las mïltiples capas que forman el perfil contorneado no lineal pueden estar dispuestas de forma diferente del perfil lineal a lo largo del eje longitudinal del componente.

Se desvela un procedimiento de fabricaciïn de un elemento estructural de material compuesto que tiene en parte un contorno uniforme y en parte un contorno complejo segïn la invenciïn. El componente estï formado de cargas planas de capas de material compuesto de fibra de carbono unidireccional, y el procedimiento comprende: agrupar las cargas planas en pilas discretas de capas que tienen fibras de cero grados y capas que tienen fibras de no cero grados; ordenar las pilas de cargas planas para crear grupos de capas discretas para las porciones de contorno uniforme y complejo del componente, respectivamente, y aplicar por separado al menos algunas de las capas que tienen fibras de cero grados a las porciones contorneadas... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento de fabricaciïn de un componente estructural de material compuesto (104) que tiene en parte un contorno uniforme (120, 124) y en parte un contorno complejo (122) , estando el componente formado de cargas planas de capas de material compuesto de fibra de carbono unidireccional (150, 152, 153, 154, 156, 157) , comprendiendo el procedimiento:

agrupar las cargas planas en pilas discretas de capas que tienen fibras de cero grados y capas que tienen fibras de no cero grados; ordenar las pilas de cargas planas para crear grupos de capas discretas para las porciones de contorno uniforme y complejo del componente, respectivamente, y aplicar por separado al menos algunas de las capas que tienen fibras de cero grados a las porciones de contorno uniforme y complejo del componente.

2. El procedimiento de la reivindicaciïn 1, en el que agrupar las cargas planas en pilas discretas de capas de no cero grados comprende agrupar las cargas planas en capas que tienen fibras orientadas a mïs 45ï y menos 45ï con respecto a las fibras de cero grados.

3. El procedimiento de la reivindicaciïn 1 o la reivindicaciïn 2, en el que el componente se forma como un canal en forma de C que tiene un reborde recto (120) , una banda continua (124) y un reborde no recto (122) , comprendiendo el procedimiento ademïs:

preparar una primera carga de cubriciïn (150) de al menos una capa que tiene fibra orientada a mïs 45 grados y al menos una capa que tiene fibra orientada a menos 45 grados, englobando la primera carga de cubriciïn el reborde recto, la banda continua y el reborde no recto del canal en C; preparar una segunda carga de cubriciïn (152) , (153) que incluye una capa que tiene fibra orientada a cero grados que cubre el reborde no recto; preparar una tercera carga de cubriciïn (154) de al menos una capa que tiene fibra orientada a mïs 45 grados y al menos una capa que tiene fibra orientada a menos 45 grados, englobando la tercera carga de cubriciïn el reborde recto, la banda continua y el reborde no recto del canal en C; y preparar una cuarta carga de cubriciïn (156, 157) que incluye una capa que tiene fibra orientada a cero grados que se aplica al reborde no recto.