Трехмерный тканый угловой соединительный элемент с соединенными внахлестку заготовками
Трехмерная угловая заготовка с соединением внахлестку и способ формирования трехмерной угловой заготовки с соединением внахлестку, содержащей тканый фланец по меньшей мере с одной полкой, которая проходит от фланца. Полки могут содержать по меньшей мере одну независимо сотканную часть, которая обеспечивает возможность формирования угла без наметывания полки или добавления дополнительного усиления. Независимо сотканные части могут содержать волокна основы, которые не вплетены в заготовку. Непереплетенная область позволяет удалять часть полки до формирования угла, обеспечивая возможность наложения частей полки и формирования соединения внахлестку. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 19 ил.
Включение путем ссылки
Все патенты, заявки на патент, документы и/или ссылки, упомянутые в настоящем описании, включены в него посредством ссылки и могут быть использованы при реализации настоящего изобретения.
Область техники
Настоящее изобретение в целом относится к трехмерным (3D) тканым заготовкам и, в частности, относится к трехмерным тканым заготовкам, используемым в усиленных композиционных материалах. В частности, настоящее изобретение относится к заготовкам, которые могут быть сформированы в угловой соединительный элемент без наметывания или без необходимости применения дополнительных усиливающих материалов. Более конкретно, настоящее изобретение относится к заготовкам, которые могут быть сформированы в угловой соединительный элемент соединениями внахлестку.
Уровень техники
В настоящее время широко распространено использование усиленных композиционных материалов для создания структурных компонентов, особенно в тех областях применения, в которых их желательные характеристики, связанные с небольшим весом, высокой прочностью, жесткостью, тепловым сопротивлением и способностью формирования и принятия любой формы, могут быть использованы для получения большего преимущества. Такие компоненты используют, например, в аэронавигационных, космических, спутниковых, высокоэффективных развлекательных продуктах, морском флоте и других областях применения.
Как правило, такие компоненты состоят из материалов усиления, заключенных в связующем материале. Компонент усиления может быть изготовлен из материалов, таких как стекло, углерод, керамика, арамид, полиэтилен и/или другие материалы, которые демонстрируют желаемые физические, термические, химические и/или другие свойства, основным среди которых выступает хорошая устойчивость к повреждениям от нагрузки. Эти материалы зачастую формируют в волокна и используют в качестве усиливающих волокон, или волокна формируют в нити, которые используют в качестве усиливающих прядей в компоненте.
С помощью таких материалов усиления, которые, в конечном счете, становятся составляющим элементом законченного компонента, желательные характеристики материалов усиления, такие как очень высокая прочность, передаются законченному композитному компоненту. Типичные составляющие материалы усиления могут быть сотканы, связаны или иным образом ориентированы в необходимые конфигурации для усиливающих заготовок. В большинстве случаях особое внимание уделяют обеспечению оптимального использования свойств, для которых были выбраны составляющие усиливающие материалы. Обычно такие усиливающие заготовки соединяют со связующим материалом для формирования желаемых конечных компонентов или создания производственных материалов для окончательного производства конечных компонентов.
После создания необходимой усиливающей заготовки смола или связующий материал могут быть подведены и введены в заготовку таким образом, чтобы усиливающая заготовка, в большинстве случаях, становилась заключенной в связующий материал, а связующий материал заполнял промежуточные области между составляющими элементами усиливающей заготовки. Связующий материал может представлять собой любой из огромного разнообразия материалов, таких как эпоксидная смола, бисмалеимид, полиэфир, виниловый сложный эфир, керамика, углеродистые и/или другие материалы, которые также демонстрируют желаемые физические, термические, химические и/или другие свойства. Материалы, выбранные для использования в качестве связывающего вещества, могут быть или могут не быть такими же как материалы усиливающей заготовки и могут иметь или могут не иметь сопоставимые физические, химические, тепловые или другие свойства. Однако они, как правило, не будут представлять собой те же материалы или иметь сопоставимые физические, химические, тепловые или другие свойства, так как обычная цель, достигаемая при использовании композитных материалах, во-первых, состоит в получении комбинации характеристик в готовом изделии, которую невозможно получить с помощью одного единственного составляющего материала. Скомбинированные таким образом усиленная заготовка и связующий материал затем могут быть отверждены и стабилизированы в той же операции путем термоотверждения или другими известными способами, и затем подвергнуты другим операциям для производства необходимого компонента. Здесь следует отметить, что после такого отверждения обычно происходит очень сильное приклеивание затвердевших масс связующего материала к усиливающим материалам (например, усиливающей заготовке). В результате напряжение на конечном компоненте, в частности, через его связующий материал, действующий как клеящее вещество между волокнами, может эффективно передаваться в составляющий материал усиливающей заготовки и переносится составляющим материалом усиливающей заготовки. Любой прорыв или разрыв в усиливающей заготовке ограничивает способность заготовки переносить и воспринимать напряжение, испытываемое готовым компоненту.
В определенных областях применения трехмерные (3D) тканые композитные структуры необходимы в качестве элементов испытывающих воздействие первичной нагрузки. Одна пригодная форма заготовки для таких элементов в целом упоминаются как «П-образная» заготовка, называемая так, потому что она напоминает греческую букву пи (П) в осевой проекции. Другие применимые заготовки могут иметь различные формы поперечного сечения, такие как, например, Т или L. Волоконные заготовки с конкретными конструкционными профилями могут быть сотканы на традиционном челночном ткацком станке, и несколько существующих патентов описывают способ переплетения таких структур (например, патенты США №№6,446,675; 6,712,099; 7,712,488).
Один из недостатков использования этих заготовок заключается в том, что они не могут быть сформированы в угловые соединительные элементы без наметывания вертикальной полки или полок согласно традиционным способам. При наметывании полок непрерывность усиливающего материала теряется из-за угла, исключая или уменьшая траекторию действия первичных нагрузок через угол. Например, если формы заготовки, раскрытые в приведенном выше описании, будут сформированы в угловой соединительный элемент, то избыточный материал полки (полок) параллельно к плоскости изгиба (т.е. на внутренней стороне изгиба) будет скапливаться и выпучиваться на внутренней стороне угла.
Для сохранения структурной целостности заготовки углового соединительного элемента в большинстве случаях требуется добавление усилений в разрезе или разрезах и вокруг самого угла. Усиление зачастую выполнено в форме листов или пластинок материала, как правило, дополнительного тканого материала. Дополнительное усиление создает локализованное увеличение толщины и веса заготовки углового соединительного элемента. Усиление может создавать локализованную весовую концентрацию в самом усиленном углу.
Одно такое усиление для наметанной заготовки раскрыто в публикации заявки на патент США №2011-0111664 А1, все содержание которой включено в настоящее описание посредством ссылки. Усиление для наметанной заготовки, обеспеченной этой ссылкой, выполнено в форме направленного тканого изделия, которое заполняет пространство между вертикальными полками П-образной заготовки и направляется посредством плетения за искривлением, облегченным наметыванием полок. После расположения направляемого тканого изделия на месте заготовку дополнительно обрабатывают для формирования усиленной композитной структуры.
Другие известные способы могут требовать механические крепежные детали, например, болты или заклепки, для прикрепления усиления к заготовке в углу. Однако использование металлических болтов или заклепок на границе таких компонентов часто недопустимо, потому что такие крепежные детали требуют сквозных отверстий, которые дополнительно ставят под угрозу целостность композитной структуры. Неблагоприятно крепежные детали прибавляют вес и вводят различные коэффициенты теплового расширения в отношениях между такими элементами и окружающим материалом.
Способы предшествующего уровня техники не были в достаточной мере направлены на необходимость обеспечения трехмерных тканых заготовок, выполненных с возможностью формирования в угловые соединительные элементы без прибавления усиливающих материалов и получающегося увеличения локализованной толщины и дополнительного веса. Настоящее изобретение направлено на решение недостатков предшествующего уровня техники путем обеспечения трехмерной тканой заготовки, которая может быть сформирована в угловой соединительный элемент соединением внахлестку без необходимости дополнительного усиления и связанного увеличения локализованной толщины и дополнительного веса.
Раскрытие изобретения
Соответственно, настоящее изобретение относится к 3D тканой заготовке и способу создания 3D тканой заготовки, которая может быть сформирована в угловой соединительный элемент без наметывания полки или без необходимости дополнительных усиливающих материалов.
Настоящее изобретение также относится к усиленной композитной структуре, содержащей 3D тканую заготовку, которая может быть сформирована в угловой соединительный элемент без наметывания полки или без необходимости дополнительных усиливающих материалов и смолистого или связующего материала.
Вариант реализации настоящего изобретения направлен на 3D тканую заготовку, содержащую фланец или основание и по меньшей мере одну полку, проходящую от главной поверхности фланца, указанная заготовка выполнена с возможностью формирования в угловой соединительный элемент. Продольная часть полки заготовки создана по меньшей мере одним независимо сотканным слоем в области необходимого угла. По меньшей мере один тканый слой полки заготовки сплетен независимо от каждого другого и независимо от фланца и сплетен от волокон или нитей, как правило содержащих материалы, такие как стекло, углерод, керамика, арамид, полиэтилен и/или другие материалы, которые демонстрируют желаемые физические, термические, химические и/или другие свойства. Другие части полки, расположенные не в области угла, могут быть сплетены как однослойные или многослойные с толщиной, одинаковой или подобной толщине части, содержащей независимо сотканные слои и целиком сплетенной с фланцем.
В продольной части полки, содержащей независимо сотканные слои, волокна основы в полке или полках разделены на группы согласно количеству слоев, которые будут сформированы. Волокна или нити основы по меньшей мере одной группы в части полки, содержащей независимо сотканные слои, переносятся как основные лансированные нити по меньшей мере для участка длины части. Термин «лансированные нити» в контексте настоящего изобретения означает, что волокна или нити основы в этой секции не сплетены с волокнами или нитями утка в этой секции. Волокна или нити основы по меньшей мере одной группы в продольной части полки сплетены с волокнами или нитями утка по меньшей мере по участку длины части. Вдоль длины продольной части полки, содержащей независимо сотканные слои, группы волокон или нитей основы могут чередоваться между тем, чтобы быть сплетенными или не сплетенными с соответствующими волокнами или нитями утка. То есть группа волокон или нитей основы может быть сплетена с волокнами или нитями утка вдоль участка продольной части полки, содержащей независимо сотканные слои, и не сплетена с волокнами или нитями утка по другому участку продольной части. Подобным образом группа волокон или нитей основы может не переплетаться с волокнами или нитями утка для участка продольной части полки, содержащей независимо сотканные слои, и переплетаться с волокнами или нитями утка для другого участка продольной части.
То есть независимо сотканный слой в полке может содержать тканые волокна или нити основы и утка вдоль части его длины и может содержать лансированные нити волокон или нитей основы, не сплетенные с волокнами или нитями утка вдоль другой части его длины. Подобным образом независимо сотканный слой в полке может содержать волокна или нити основы, не сплетенные с волокнами или нитями утка вдоль часть его длины, и может содержать волокна или нити основы, сплетенные с волокнами или нитями утка вдоль другой части его длины. Участки частей тканых волокон или нитей основы/утка содержат волокна или нити основы, переносимые как лансированные нити.
Часть полки, созданная по меньшей мере одним независимо сотканным слоем, разрезана по ширине, как правило, на два участка по существу равной длины (т.е. разделена пополам), причем сечение проходит к фланцу, но не в главную поверхность фланца. Затем заготовка может быть согнута по линии сечения (т.е. проекция сечения на главной поверхности фланца) таким образом, что независимо сотканные слои одного участка перекрыты и формируют соединение с независимо сотканными слоями другого участка для формирования угла в этой области сечения. Слои первого участка полки могут быть переплетены, или переплетены встречно-гребенчатым переплетением, со слоями второго участка полки таким образом, чтобы по меньшей мере один слои из одного участка полки мог заполнять пространство между смежными слоями во втором участке полки. В другом варианте реализации указанной в приведенном выше описании заготовки углового соединительного элемента одиночные независимые слои одного участка полки попеременно чередуются с независимыми слоями другого участка полки таким образом, что последующие слои в области перекрытия или соединения полок возникают из чередующихся участков. В других вариантах реализации некоторые, или все, из слоев в участках полки могут перекрываться без чередования.
В некоторых вариантах реализации по меньшей мере один из слоев удален из одного или обоих участков полки, причем оставшиеся слои перекрыты в области таким образом, что область перекрытия полки содержит меньше слоев, чем количество независимых сотканных слоев двух участков полки. В некоторых вариантах реализации область перекрытия может быть одинаковой или по существу одинаковой с толщиной оставшейся части полки, т.е. частей без перекрытия. Например, в заготовке, которая содержит часть, имеющую два независимо сотканных слоя, то есть, полка раздвоена, один слой в каждом участке мог быть удален таким образом, чтобы область перекрытия также содержала два слоя. В вариантах реализации со всеми слоями, имеющими одинаковую или подобную толщину, область перекрытия будет иметь одинаковую или по существу одинаковую толщину с частями полки, не содержащими перекрытия. В вариантах реализации со слоями различной толщины область перекрытия может иметь или может не иметь одинаковую толщину с частями полки, не содержащими перекрытия.
В некоторых вариантах реализации 3D тканой заготовки, в которой полка имеет раздвоенную часть, указанная часть содержит первый сотканный слой и второй сотканный слой по существу равной толщины. При разделении части полки пополам сечением для формирования двух участков каждый участок содержит равную, или по существу равную, длину участка первого тканого слоя и второго тканого слоя. Согласно некоторым вариантам реализации, удален первый тканый слой одного участка, и второй тканый слой второго участка удален таким образом, что, при сгибании заготовки в необходимую форму углового соединительного элемента, область перекрытия имеет одинаковую или по существу одинаковую толщину с частями полки, не содержащими перекрытия, и содержит первый тканый слой и второй тканый слой, взятые из различных участков. Таким образом, часть перекрытия лежит в одной плоскости по меньшей мере с непосредственно примыкающими частями полки с обеих сторон перекрытия. Соответственно, в этом варианте реализации отсутствует или по существу отсутствует изменение толщины полки между областью перекрытия и не содержащими перекрытия областями полки, непосредственно граничащими с перекрытием.
В вариантах реализации, в которых один тканый слой из первого участка перекрывает тканый слой из второго участка, сформированное соединение иногда именуется одиночным соединением внахлестку. В некоторых ситуациях характеристики одиночного соединения внахлестку могут быть подходящими или востребованными.
Некоторые варианты реализации содержат часть с тремя ответвлениями полки, то есть, часть содержит три независимо сотканных области, и может быть сформирована в 3D тканый угловой соединительный элемент способом, подобным способу, указанному в приведенном выше описании. Часть с тремя ответвлениями содержит первый внешний слой, внутренний или средний слой и второй внешний слой. При делении пополам части с тремя ответвлениями на два участка угловой соединительный элемент может быть сформирован путем сгибания 3D тканой заготовки вдоль линии сечения таким образом, что три тканых слоя одного участка полки перекрывают три тканых слоя другого участка полки, с чередованием или без чередования, или тканые слои полок могут чередоваться частично.
В вариантах реализации 3D тканого углового соединительного элемента, в которых часть с тремя ответвлениями должна быть сформирована в область соединения внахлестку, имеющую одинаковую или подобную толщину с не содержащей перекрытия частью полки, слои удалены из каждого участка таким образом, что часть с перекрытием содержит такое же количество тканых слоев как части без перекрытия. Например, один тканый слой мог бы быть удален из одного участка полки, и два тканых слоя могли бы быть удалены из другого участка полки таким образом, чтобы общее количество тканых слоев в области перекрытия было равно трем. Если каждый из тканых слоев будет иметь одинаковую толщину, то область перекрытия будет такой же или по существу такой же толщины как не содержащая перекрытия область полки. В вариантах реализации с ткаными слоями различной толщины область перекрытия может иметь или может не иметь одинаковую толщину с не содержащей перекрытия частью полки.
В одном варианте реализации, содержащем часть с тремя ответвлениями, разделенную пополам на две области с тремя ответвлениями, первый и второй внешние слои удалены из первого участка полки, оставляя только средний (внутренний) участок в области. Во втором участке полки удален только средний слой. При сгибании заготовки в необходимую форму углового соединительного элемента вдоль проекции плоскости сечения, разделяющей участки на фланце, остающийся средний (внутренний) тканый слой первого участка может быть размещен между первым и вторым ткаными внешними слоями второго участка, заполняя пространство, ранее занятое средним (внутренним) тканым слоем второго участка.
В этом варианте реализации область перекрытия полок формирует двойное соединение внахлестку и при равной толщине трех тканых слоев в участках полки область перекрытия имеет по существу такую же толщину как части полки без перекрытия. Соединение внахлестку двойного перекрытия может иметь желаемые свойства для некоторых применений. Некоторые варианты реализации обеспечивают область перекрытия, имеющую такую же толщину как области без перекрытия полки, в которой часть перекрытия расположена по существу в одной плоскости по меньшей мере с непосредственно граничащей частью полки, и внецентренная нагрузка области перекрытия может быть снижена по другим типам соединений внахлестку.
Только для простоты описания варианты реализации, представленные в приведенном выше описании, могли бы иметь одну полку, например, 3D тканые угловые соединительные элементы с L-образным или Т-образным поперечным сечением, с одной частью независимо сотканных слоев. Подобные заготовки могут быть сформированы с двумя полками, проходящими от той же поверхности фланца, формируя 3D тканые заготовки П-образного профиля, рассмотренные в приведенном выше описании. Обсуждение, представленное в приведенном выше описании, относительно формирования области перекрытия в полке, содержащей множество независимо сотканных слоев, является подходящим независимо от количества полок, проходящих от стороны фланца. Заготовки, имеющие множество полок, могут иметь по меньшей мере одну полку, содержащую независимо сотканные слои, формирующие области перекрытия.
В вариантах реализации 3D тканой заготовки с соединением внахлестку П-образного поперечного сечения для использования, например, в качестве углового соединительного элемента, каждая полка заготовки может иметь часть, содержащую независимо сотканные слои. По меньшей мере в области, в которой должен быть сформирован угол, при последовательном сгибании заготовки в необходимую форму, часть первой полки в области подлежащего формированию угла по существу параллельна части второй полки в подобной области. Независимо сотканные слои в первой и второй полках могут быть одинаковой протяженности или по существу одинаковой протяженности. Сечение выполнено перпендикулярно полкам и перпендикулярно фланцу в области, или местоположении, необходимого угла. Сечение проходит по всей глубине полки до, но не включая, поверхности фланца и делит пополам часть полки с независимо сотканными слоями на две области, по существу равные по длине и глубине.
Как и в случае с Т-образной и L-образной 3D ткаными заготовками, 3D тканая заготовка с П-образным поперечным сечением может содержать, например, полку (или полки), содержащую множество независимо сотканных слоев. Согласно приведенному выше описанию полка (полки) может быть разрезана, разделяя пополам область независимо сотканных слоев. При сгибании заготовки вдоль проекции плоскости сечения на фланце в необходимую форму углового соединительного элемента части полок могут накладываться согласно приведенному выше описанию для одной полки. Части полки могут перекрываться с чередованием или без чередования или перекрываться с частичным чередованием. В некоторых вариантах реализации часть перекрытия может быть сформирована таким образом, чтобы общая толщина части перекрытия была по существу одинаковой с не содержащей перекрытие частью полки. Это может быть достигнуто посредством выборочного удаления тканых слоев из каждого участка полки таким образом, чтобы суммарное количество слоев и общая толщина, в области перекрытия после сгибания заготовки было таким же, как заложено в частях сотканной полки до сгибания заготовки.
В одном варианте реализации 3D тканой заготовки с раздвоенной полкой могут быть удалены первый тканый слой из одного участка полки и второй тканый слой из второго участка другой полки. В вариантах реализации, в которых слои имеют по существу одинаковую толщину в полках, часть перекрытия, содержащая один слой из каждой части, имеет по существу такую же толщину как часть без перекрытия.
В одном варианте реализации 3D тканой заготовки с полками с тремя ответвлениями удален внутренний (средний) слой первого участка части полки, и первый и второй внешние слои второго участка этой части полки удалены таким образом, что остающийся внутренний слой может вставляться в пространство, из которого внутренний слой был удален из первого участка. Подобным образом могут быть удалены внешние слои участка второй полки, и внутренний слой второго участка этой полки может быть удален таким образом, что внутренний слой одного участка вставлен между слоями другого участка. Могут быть использованы другие схемы для удаления слоя или перекрытия слоя. Например, в 3D тканой П-образной заготовке, использованной для углового соединительного элемента, схема удаления тканых слоев из первой полки в области перекрытия может быть такой же или отличаться от схемы удаления тканого слоя во второй полке. В области перекрытия схема для перекрытия тканых слоев в первой полке может быть такой же или отличаться от схемы для перекрытия тканых слоев во второй полке.
В вариантах реализации 3D тканой П-образной заготовки с полками из трех ответвлений (или раздвоенной, или обеих), загнутых в необходимую форму углового соединительного элемента, в которых внутренний тканый слой участка проложен между двумя ткаными слоями второго участка, сформировано двойное соединение внахлестку. В некоторых случаях может возникнуть необходимость формирования двойных соединений внахлестку в угловом соединительном элементе с использованием, например, одной или обеих полок П-образной заготовки. Двойные соединения внахлестку в угловом соединительном элементе с использованием 3D тканой заготовки могут обладать необходимыми характеристиками для некоторых областей применения, такими как повышенная прочность, по отношению к некоторым другим типам соединений.
Законченные 3D тканые заготовки, рассмотренные в приведенном выше описании, могут быть переработаны в усиленную композитную структуру при введении связующего материала такого как, без ограничения, эпоксидная смола, бисмалеимид, полиэфир, виниловый сложный эфир, керамика, углерод или другие материалы, которые демонстрируют желаемые физические, термические, химические или другие свойства, с использованием традиционных способов таких как, без ограничения, литьевое прессование полимера или химическая инфильтрация из паровой фазы. В заготовку вводят полимер или связующий материал, что приводит в результате к образованию усиленной композитной структуры.
Следует отметить, что в настоящем описании и, в частности, в пунктах формулы изобретения и/или абзацах термины, такие как «содержит», «содержится», «содержащий» и т.п., могут иметь значение, присвоенное им в патентном законе США; например, они могут означать «включает в себя», «включенный», «включающий в себя» и т.п.; и термины, такие как «состоящий по существу из» и «состоит по существу из» имеют значение, присвоенное им в патентном законе США, например, они предусматривают элементы, прямо не перечисленные, но исключают элементы, которые раскрыты в предшествующем уровне техники или которые влияют на основную или новую характеристику настоящего изобретения.
Эти и другие варианты реализации раскрыты или очевидны и охватываются представленным ниже в разделе "Осуществление изобретения".
Краткое описание чертежей
Приведенное ниже подробное описание, представленное в качестве примера, а не ограничения настоящего изобретения исключительно конкретными описанными вариантами реализации, лучше всего может быть понято в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых одинаковые ссылки обозначают одинаковые или подобные элементы и части и на которых:
на фиг. 1А-1С представлены виды в перспективе типичной 3D тканой заготовки предшествующего уровня техники;
на фиг. 2 показан вид в перспективе заготовки согласно варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 3А представлен вид в разрезе, выполненном по линии III-III на фиг. 2, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 3В представлен вид в разрезе, выполненном по линии III-III, согласно другому варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 4А показан вид сбоку заготовки с фиг. 2, представленный как обозначено IV-IV;
на фиг. 4В показан вид сбоку заготовки с фиг. 4А с правой частью в первом повернутом положении;
на фиг. 4С показан вид сбоку заготовки с фиг. 4А с правой частью во втором повернутом положении;
на фиг. 5А-5С показаны виды сверху заготовки с фиг. 4А-4С по линии V-V согласно варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 6А-6С представлены виды сверху заготовки с фиг. 4А-4С по линии V-V согласно варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 7 показан вид сверху заготовки с фиг. 4А по линии V-V согласно варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 8 представлен вид в перспективе заготовки согласно варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 9 представлен вид сверху вертикальной полки 3D тканой заготовки согласно варианту реализации настоящего изобретения; и
на фиг. 10 показан вид сверху вертикальной полки 3D тканой заготовки согласно другому варианту реализации настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Варианты реализации настоящего изобретения описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые представляют варианты реализации раскрытой заготовки и ее типовых применений. Однако следует понимать, что области применения раскрытой заготовки не ограничены этими изображенными вариантами реализации. Кроме того, настоящее изобретение не ограничено представленными вариантами реализации и их деталями, которые обеспечены для иллюстрации, а не ограничения.
Настоящее изобретение относится к трехмерным (3D) тканым заготовкам, которые могут быть сформированы в угловой соединительный элемент соединениями внахлестку без наметывания полок или фланца или добавления усиливающих материалов в углу или других местоположениях, и способу формирования таких заготовок. Примеры 3D тканых заготовок 1 предшествующего уровня техники показаны на фиг. 1А-1С, на которых изображены заготовки соответственно с L-образным, Т-образным и П-образным поперечным сечением. Возможны другие конфигурации 3D заготовок. Плоский фланец 2 содержит две главных поверхности 4 и 4', по меньшей мере одну краевую поверхность 5 и по меньшей мере одну вертикальную полку 6, проходящую от одной главной поверхности 4.
Полка 6 может быть размещена вдоль кромки фланца 2, совпадающей с краевой поверхностью 5, как показано на фиг. 1А, формируя поперечное сечение L-образной заготовки. Поперечное сечение Т-образной заготовки содержит полку 6, проходящую от главной поверхности 4 и расположенную между краевыми поверхностями 5 заготовки как показано на фиг. 1В. Полка 6 может быть выровнена с продольной осью L заготовки 1 по меньшей мере по части длины полки. Поперечное сечение П-образной заготовки содержит две полки 6, 6', проходящие от главной поверхности 4 фланца 2. Полки 6, 6' могут быть линейными или нелинейными и параллельными продольной оси L по меньшей мере по части длины полок.
В настоящем изобретении может быть использовано любое из вышеупомянутых поперечных сечений 3D тканой заготовки способом, который станет полностью понятным из пояснения, представленного в приведенном ниже описании. Настоящее изобретение может также использовать другие поперечные сечения 3D тканой заготовки, например, заготовки, содержащие более чем две вертикальные полки, что станет очевидным из приведенного ниже описания. Части настоящего изобретения могут быть направлены на один конкретный тип заготовки; однако описание распространяется на все трехмерные (3D) тканые заготовки, содержащие фланец и по меньшей мере одну вертикальную полку, если иное прямо не оговорено в контексте.
На фиг. 2 изображена 3D тканая заготовка 1 с Т-образным поперечным сечением согласно варианту реализации настоящего изобретения. Для специалиста в данной области техники будет понятно, что изображенные конструкция и способы также являются подходящими для использования в 3D тканых заготовках с L-образным и П-образным поперечными сечениями. Плоский фланец 2 содержит плоскую главную поверхность 4 и в целом параллельную противоположную главную поверхность 4', продольную ось L и по меньшей мере одну краевую поверхность 5. Вертикальная полка 6 расположена по существу параллельно продольной оси L и содержит первую внешнюю сторону 7 и вторую, в целом параллельную внешнюю сторону 9. По меньшей мере одна часть 8 вдоль продольной длины полки 6 состоит из множества независимо сотканных слоев, которые будут рассмотрены более подробно в приведенном ниже описании (показана одна часть 8). Часть 8 разделена пополам сечением 10 на первый участок 12 и второй участок 14. Сечение 10 выполнено на всю глубину D полки 6 в положении сечения до главной поверхности 4. Плоскость сечения 10 перпендикулярна полке 6 и главной поверхности 4 фланца в положении сечения. Проекция сечения 10 на главную поверхность 4 фланца 2 обеспечивает линию 11 сечения.
В вариантах реализации настоящего изобретения участки 12 и 14 имеют одинаковую глубину D и одинаковую длину, I1 и I2, соответственно, или по существу одинаковую длину, вдоль продольной оси L. В некоторых вариантах реализации I1 и I2 могут иметь одинаковую длину и быть равными глубине D полки 6. Другие отношения размеров между участками 12, 14 и D возможны и могут влиять на характеристики сформированного углового соединительного элемента, как будет понятно из обсуждения, представленного в приведенном ниже описании.
На фиг. 3А и 3В показаны виды в разрезе, выполненные по линии III-III на фиг. 2, двух вариантов реализации настоящего изобретения. На фиг. 3А изображен второй участок 14 части 8, сотканный двумя независимыми слоями 16 и 18. Поскольку вся часть 8 соткана с использованием двух независимых слоев, первый участок 12 (не показан на сечении) также содержит два независимо сотканных слоя 16, 18. В этом варианте реализации часть 8, сотканная двумя независимыми слоями 16 и 18, называется раздвоенной частью, и участки 12 и 14 представляют собой раздвоенные участки, содержащие независимые сотканные слои 16 и 18. Согласно фиг. 3А независимо сотканный слой 16 переносится в качестве подплетины, т.е. волокна основы в слое 16 не сплетены с волокнами утка (лансированные нити). Основные волокна независимо сотканного слоя 18 переплетены с волокнами утка. Участок 12 может быть соткан по такой же схеме, или основные волокна, сплетенные с волокнами утка, и основные волокна, не сплетенные с волокнами утка, могут быть переведены таким образом, что слой 16 будет иметь основные волокна, сотканные с волокнами утка, а основные волокна в слое 18 не будут сплетены с волокнами утка (лансированные нити).
На фиг. 3В изображен другой вариант реализации настоящего изобретения, в котором второй участок 14 части 8 соткан тремя независимыми слоями 20, 22 и 24. В этом варианте реализации часть 8, сотканная тремя независимыми ткаными слоями 20-24, называется частью с тремя ответвлениями, а участки 12 и 14 представляют собой участки с тремя ответвлениями, также с независимыми ткаными слоями 20-24. Согласно фиг. 3В волокна основы во внешних двух слоях 20 и 24 сплетены с волокнами утка, и волокна основы слоя 22 не сплетены с волокнами утка, т.е. слой 22 переносится в качестве подплетины.
Согласно вариантам реализации настоящего изобретения могут быть использованы другие расположения волокон основы, сплетенных с волокнами утка, и волокон основы, не сплетенных с волокнами утка, в участке с тремя ответвлениями. Например, участок 12 (не показанный на сечении) может быть сформирован таким образом, чтобы основные волокна во внешних двух слоях 20 и 24 не были сплетены с волокнами утка, а основные волокна слоя 22 были сплетены с волокнами утка, т.е. противоположность участка 14, изображенного на фиг. 3А. В этой конфигурации слои 20 и 24 переносятся в качестве лансированных нитей.
На фиг. 4А показан вид сбоку 3D тканой заготовки 1 с фиг. 2, выполненный по линии IV-IV. Угловой соединительный элемент может быть сформирован из заготовки согласно настоящему изобретению путем сгибания заготовки 1 по линии 11 сечения вдоль главных поверхностей 4 фланца 2. Например, левую часть 26 заготовки 1 можно удерживать неподвижно, тогда как правую часть 28 поворачивают вверх как обозначено стрелкой 30, обеспечивая возможность поворота заготовки вокруг нижней части сечения 10, вдоль проекции плоскости сечения 10 вдоль главных поверхностей 4, которая устанавливает линию 11 сгиба.
На фиг. 4В изображена правая часть 28 заготовки 1 с фиг. 4А, повернутая на величину α вокруг линии 11 сгиба. Исходное положение правой части 28 показано фантомной областью. При повороте как показано на фиг. 4В часть участка 14 (показанную сплошными линиями) частично перекрывает часть участка 12 (показанную пунктирными линиями) в области перекрытия, в целом обозначенную ссылочным номером 32. При дальнейшем повороте правой части 28 в направлении, обозначенном ссылочным номером 30, величина перекрытия 32 увеличивается.
На фиг. 4С изображена правая часть 28 заготовки 1, повернутая таким образом, что α приблизительно равно 90° от представления на фиг. 4А таким образом, что участки 12 и 14 с подобными размерами полностью перекрыты в области перекрытия, обозначенной ссылочным номером 32'. Полную область перекрытия достигают при длине участка 12 (I1) = длина участка 14 (I2)=D, наиболее ясно показано на фиг. 2. Другие взаимозависимости между I1, I2 и D возможны и могут воздействовать на величину перекрытия, в частности, в области 32' при расположении сторон 26 и 28 заготовки под 90° друг к другу.
При угле α равном 90° левые и правые части 26, 28 расположены под прямым углом друг к другу. Когда угол α больше чем 90°, левые и правые части 26, 28 формируют острый внутренний угол, и когда угол α меньше чем 90°, но больше 0°, левые и правые части 26, 28 формируют тупой внутренний угол.
Независимые тканые слои в пределах участков 12 и 14 могут перекрываться в любой необходимой конфигурации. Например, независимые тканые слои в одном участке могут перемежаться с независимыми ткаными слоями в другом участке любой удобной схемой. Части полки 6, не включенные в область перекрытия, то есть части полки 6 за пределами части 8, содержат область или области с отсутствием перекрытия.
Область перекрытия 32' может содержать полные толщины участков 12 и 14, делая область 32' в два раза толще отдельных участков или области с отсутствием перекрытия. В большинстве ситуациях желательно исключать двойную толщину в области перекрытия. Согласно вариантам реализации настоящего изобретения увеличенная толщина в области 32 перекрытия уменьшена путем удаления по меньшей мере одного независимого тканого слоя из каждого участка 12 и 14.
Например, в вариантах реализации, в которых часть 8 полки 6 раздвоена, то есть содержит два независимых слоя 16, 18, из участка 12 может быть удален один тканый слой, и один тканый слой может быть удален из участка 14. Удаленный слой представляет собой слой с волокнами основы, переносимыми в качестве лансированных нитей, то есть не сплетенный с уточными прядями. Следовательно, область 32, 32' перекрытия содержала бы два слоя, а не четыре, и толщина в области 32 или 32' перекрытия была бы одинаковой или по существу одинаковой с исходными участками 12, 14, или одинаковой или по существу одинаковой с частями полки 6, не содержащими перекрытия.
На фиг. 5А показан вид сверху 3D тканой заготовки 1 с фиг. 4А, выполненный по линии V-V. Согласно этому варианту реализации полка 6 раздвоена и таким образом соответствует виду в разрезе на фиг. 3А. Согласно фиг. 5А тканый слой 18 был удален из участка 12, и тканый слой 16 был удален из участка 14. На фиг. 5В, которая соответствует фиг. 4В, правая часть 28 заготовки 1 изображена повернутой на определенную величину вокруг линии 11 сгиба. Как изображено на фиг. 5В правая часть 28 выходит из плоскости бумаги, и угол α не показан. Слой 16 участка 12 и слой 18 участка 14 частично перекрыты в области 32.
Фиг. 5С соответствует фиг. 4С по виду вдоль V-V и изображает правую часть 28 повернутой вокруг линии 11 сгиба приблизительно 90° от положения, представленного на фиг. 5А. Слой 16 и слой 18 полностью, или по существу полностью, перекрывают друг друга, что лучше всего изображено в качестве области 32' с фиг. 4С. В этом варианте реализации в области 32' перекрытия сформировано одно соединение внахлестку с толщиной перекрытия по существу равной участкам без перекрытия. Поверхность присоединения соединения, то есть граница между примыкающими поверхностями слоя 16 и 18, может быть выровнена со средней линией полки 6 при равной толщине слоев 16 и 18. В вариантах реализации, в которых слои 16 и 18 не имеют одинаковую толщину, поверхность присоединения соединения может быть смещена от средней линии полки 6.
Для специалиста в данной области техники теперь будет очевидно, что удаление тканого слоя 16 из участка 12 и удаление тканого слоя 18 из участка 14 обеспечило бы возможность формирования соединения как указанно в приведенном выше описании и обеспечило бы по существу тот же самый результат. В этом случае тканый слой 16 участка 12 и тканый слой 18 участка 14 имели бы основные волокна в виде лансированных нитей, то есть основные волокна в этих участках не будет сплетены с волокнами утка.
Подобным образом варианты реализации настоящего изобретения, в которых полка 6 содержит часть 8 с тремя ответвлениями, как изображено на фиг. 3В, могут быть сформированы в угловой соединительный элемент. Согласно приведенному выше описанию независимо сотканные слои 20, 22, 24 первого участка могут перемежаться с независимо сотканными слоями 20, 22, 24 второго участка. Соединение, сформированное в области перекрытия, подобной областям 32 или 32' перекрыть с фиг. 4В и 4С, может содержать вдвое большее количество независимо сотканных слоев в части 8. Следовательно, область соединения или перекрытия имеет вдвое большую толщину, или по существу вдвое большую толщину, чем развернутая часть 8 или не содержащий перекрытие участок 12, 14 полки 6.
Согласно вариантам реализации настоящего изобретения увеличенная толщина в области 32 или 32' перекрытия может быть уменьшена путем удаления по меньшей мере одного независимо сотканного слоя 20, 22, 24 из каждого участка 12 и 14 части 8 с тремя ответвлениями. Тканые слои, подлежащие удалению, представляют собой слои с волокнами основы в виде лансированного слоя. Общее количество тканых слоев, которые подлежат удалению, может равняться количеству тканых слоев в одном участке, таким образом, формируя область 32 или 32' перекрытия, имеющую одинаковую или по существу одинаковую толщину с участками 12 или 14, или по существу одинаковую толщину с не содержащими перекрытия частями полки 6. В области с тремя ответвлениями согласно изображению на фиг. 3В расположено три слоя 20, 22, 24. Однако все три тканых слоя не могут быть удалены из одного и того же участка 12 или 14 для уменьшения толщины перекрытия. По меньшей мере один тканый слой должен оставаться в первом участке и по меньшей мере один тканый слой должен быть удален из второго участка. Ссылка на первый и второй участки сделана для удобства описания, и любой участок 12 или 14 части 8 полки 6 можно считаться первым участком или вторым участком.
Например, на фиг. 6А показан вид сверху части 8 с тремя ответвлениями 3D тканой заготовки, представленный по линии V-V с фиг. 4А, согласно варианту реализации настоящего изобретения. В этом варианте реализации часть 8 содержит три независимо сотканных слоя 20, 22, 24, то есть часть 8 образована тремя ответвлениями. Тканые слои 20 и 24 представляют собой первый и второй внешние слои, наружные поверхности которых соответствуют первой и второй внешним сторонам 7 и 9, соответственно. Средний тканый слой 22 расположен между слоями 20 и 24.
В неограничивающем примере области соединения внахлестку необходимого углового соединительного элемента, имеющей одинаковую или по существу одинаковую толщину с областью без перекрытия, тканые слои 20 и 24 удалены из участка 12, и тканый слой 22 удален из участка 14 в варианте реализации на фиг. 6А. Удаление тканых слоев 20 и 24 из участка 12 обеспечивает пространство для тканых слоев 20 и 24 участка 14 при повороте правой части 28 заготовки 1 вокруг линии 11 сгиба для складывания заготовки с целью формирования углового соединительного элемента, как обозначено ссылочным номером 30 на фиг. 4А. Подобным образом удаление тканого слоя 22 в участке 14 обеспечивает пространство для оставшегося тканого слоя 22 в участке 12 при сгибании заготовки 1.
На фиг. 6В, которая соответствует фиг. 4В, изображена правая часть 28 заготовки 1, повернутая на величину α (не показана) вокруг линии 11 сгиба. Согласно изображению на фиг. 6В правая часть 28 выходит за плоскость бумаги. Тканый слой 22 участка 12 принят между ткаными слоями 20 и 24 участка 14, с частичным перекрытием тканых слоев 20 и 24 с тканым слоем 22 в области 32.
При сгибании заготовки 1 под углом приблизительно 90° согласно изображению на фиг. 6А для формирования углового соединительного элемента, показанного на виде сверху на фиг. 6С и виде сбоку на фиг. 4С, тканый слой 22 участка 12 полностью или по существу полностью расположен в пределах пространства между ткаными слоями 20 и 24 участка 14, указанное пространство обеспечено удалением тканого слоя 22 из участка 14. Сформированное таким образом перекрытие зачастую называется двойным соединением внахлестку, которое имеет характеристики, необходимые в определенных применениях. В вариантах реализации, в которых тканые слои 20, 22 и 24 имеют одинаковую толщину, собранное соединение в области перекрытия 32' симметрично относительно средней линии полки 6. Характеристики симметричного двойного соединения внахлестку обычно востребованы.
В вариантах реализации с тремя ответвлениями, в которых тканые слои 20, 22 и 24 имеют по существу одинаковую толщину, как на фиг. 6А-6С, может быть сформировано соединение, симметричное относительно средней линии CL полки 6. В симметричном соединении поверхности присоединения, сформированные у границы тканого слоя 22 с тканым слоем 20 и у границы тканого слоя 22 с тканым слоем 24, по существу равноудалены от средней линии CL. В качестве альтернативного варианта реализации, если слои 20, 22 и 24 не имеют по существу одинаковую толщину, поверхности присоединения могут быть смещены на различные расстояния от средней линии CL полки 6.
В варианте реализации части 8 с тремя ответвлениями тканые слои 20 и 24 могут быть по существу одной четвертой толщины полки 6, и тканый слой 22 может быть по существу половиной толщины полки 6. Тканые слои 20, 24 могут быть удалены с первой стороны сечения 10 и тканый слой 22 может быть удален со второй стороны сечения 10. При сгибании заготовки 1 согласно приведенному выше описанию по линии 11 сгиба оставшийся тканый слой 22 на первой стороне может быть размещен между остающимися слоями 20, 24 на второй стороне сечения 10. Получающееся двойное соединение внахлестку симметрично относительно средней линии полки 6.
Другие деления толщины полки 6, при которых тканые слои 20, 24 имеют по существу одинаковую толщину и тканый слой 22 имеет по существу вдвое большую толщину, также могут быть использованы для обеспечения симметричного двойного соединения внахлестку. Например, каждый слои 20 и 24 может иметь 1/6 толщины полки 6, и тканый слой 22 может иметь 1/3 толщины. При сгибании согласно приведенному выше описанию суммарная толщина двойного соединения внахлестку будет равна полной толщине полки 6.
В альтернативных вариантах реализации левая часть 26 3D тканой заготовки 1 могла бы содержать тканые слои 20 и 24, а правая часть 28 могла бы иметь удаленные слои 20 и 24. Формирование углового соединения путем наложения слоев было бы по существу таким же, как в примере, изображенном на фиг. 6А-6С и рассмотренным в приведенном выше описании, и подобное двойное соединение внахлестку было бы сформировано.
В качестве альтернативы варианты реализации настоящего изобретения могут обеспечить смещенное соединение внахлестку в области 32' перекрытия, содержащей часть 8 с тремя ответвлениями. Например, на фиг. 7 3D тканая заготовка 1, подобная заготовке на фиг. 6А, показана с частью 8 с тремя ответвлениями. В этом варианте реализации левая часть 26 заготовки 1 содержат только тканые слои 22 и 24, а правая часть 28 содержит только тканый слой 20. Формирование области перекрытия может быть достигнуто как в предыдущих примерах, и для этого варианта реализации не показано. Однако в данном варианте реализации поверхность присоединения может быть расположена между смежными поверхностями тканых слоев 20 и 22. Таким образом, асимметричное одно соединение внахлестку может быть сформировано в полке 6 частью 8 с тремя ответвлениями при расположении поверхности присоединения на определенном расстоянии от средней линии полки.
Подобные схемы могут быть использованы для формирования соединения внахлестку в перекрывающихся областях участков, содержащих более трех таких независимо сотканных слоев.
Кроме того, предусмотрены варианты реализации настоящего изобретения, содержащие более одной полки 6, которые могут быть востребованы в определенных применениях. Например, 3D тканая заготовка с П-образным поперечным сечением, показанная на фиг. 1С, иногда применима в аэронавигационном, космическом или других применениях. При некоторых обстоятельствах желательно или необходимо формировать 3D тканую заготовку с П-образным поперечным сечением в угловой соединительный элемент. Создание полки, рассмотренное в приведенном выше описании, может быть применено к П-образным заготовкам для обеспечения возможности формирования угла.
3D тканые заготовки с П-образными поперечными сечениями могут быть сформированы с наличием двух полок, по меньшей мере одна из которых содержит часть 8, содержащую по меньшей мере один независимо сотканный слой. В некоторых вариантах реализации обе полки заготовки содержат по меньшей мере один тканый слой по меньшей мере в одном положении. Например, часть каждой полки (подобная части 8 на фиг. 2) может содержать раздвоенную полку, содержащую два независимо сотканных слоя (подобных слоям 16, 18 на фиг. 3А), или часть с тремя ответвлениями, содержащую три независимо сотканных слоя (подобную части 8 полки 6 согласно изображению на фиг. 3В).
В вариантах реализации настоящего изобретения 3D тканая П-образная заготовка 1' состоит из двух полок 6, 6', как изображено на фиг. 8, каждая полка 6, 6' содержит соответственно часть 8, 8', имеющую по меньшей мере один независимо сотканный слои согласно приведенному выше описанию. По меньшей мере в одном положении часть 8 первой полки 6 и часть 8' второй полки б' параллельны и одинаковой протяженности, как изображено на фиг. 8. Части 8 и 8' рассечены по линии 10 и 10' на всю глубину D полок до главной поверхности 4 фланца. Сечение 10 перпендикулярно полкам 6, 6' и главной поверхности 4 фланца 2 по меньшей мере в положении сечения. Проекция сечения 10 на поверхность 4 обеспечивает линию 11 сгиба.
Заготовка 1' на фиг. 8 может быть сформирована в угловой соединительный элемент путем сгибания заготовки по линии 11 сгиба способом, подобным способу, изображенному на фиг. 4А-4С. Независимо сотканные слои в пределах участков 12, 14 (и 12', 14') могут перекрываться по мере поворота правой части 28 заготовки вокруг линии 11 сгиба и при сохранении левой части 26 неподвижной согласно фиг. 4В. При перекрытии независимо сотканных слоев (12, 14) и (12', 14'), расположенных соответственно в пределах 8 и 8', они могут перемежаться в любой схеме, рассмотренной в приведенном выше описании. Например, независимо сотканные слои в пределах участка 14 могут попеременно чередоваться с независимо сотканными слоями в пределах участка 12. В качестве альтернативного варианта реализации более чем один последующий независимо сотканный слой в пределах первого участка, например, участка 12, может быть размещен между двумя последующими независимо сотканными слоями во втором участке, например, участке 14.
Согласно приведенному выше описанию по меньшей мере один независимо сотканный слой в пределах частей 8 и 8' может иметь волокна основы, переносимые в качестве лансированных нитей, то есть волокна основы не сплетены с волокнами утка. Кроме того, согласно приведенному выше описанию тканые слои с лансированными нитями волокон основы могут быть удалены в области перекрытия таким образом, что область перекрытия будет иметь одинаковую толщину или по существу одинаковую толщину с частями полок, не содержащими перекрытия. Симметричные и асимметричные поверхности присоединения могут быть сформированы согласно приведенному выше описанию.
Независимо сотканные слои в пределах участка 14' в полке 6' могут чередоваться с независимо сотканными слоями в пределах участка 12' с применением такой же схемы, используемой в полке 6. В качестве альтернативного варианта реализации в различных полках могут быть использованы различные схемы.
Варианты реализации, рассмотренные в приведенном выше описании, представляют 3D тканые заготовки с фланцем (или основанием) и по меньшей мере одной полкой согласно настоящему изобретению, сформированные в угловые соединительные элементы с соединением внахлестку. Варианты реализации, рассмотренные в приведенном выше описании, представляют 3D тканые заготовки, содержащие только одну часть 8, только для ясности изображения. Другие варианты реализации могут содержать дополнительные части 8, созданные подобно части 8, рассмотренной в приведенном выше описании, и сформированные в различных положениях вдоль продольной длины полки (полок) 6 заготовки 1. Каждая часть 8 может быть согнута или сформирована в угловой соединительный элемент с углом α согласно приведенному выше описанию. В некоторых вариантах реализации, содержащих более одной части 8 и, следовательно, более одного углового соединительного элемента, 3D тканая заготовка может быть согнута в каждой части 8 в U- или С-образную конфигурацию, или в другие открытые плоские фигуры, полученные сгибанием заготовки в том же направлении относительно полки (полок).
Закрытая плоская фигура, например треугольник, прямоугольник или другой простой многоугольник, может быть сформирована из 3D тканой заготовки настоящего изобретения, согнутой тем же способом. 3D тканая заготовка может быть выполнена в виде правильного многоугольника с n равными сторонами и n равными углами или может иметь стороны и углы, которые не равны.
При формировании 3D тканой заготовки, которой должна быть задана форма простого многоугольника, содержащего n сторон, в дополнение к формированию n-1 частей 8 согласно приведенному выше описанию каждый конец заготовки может быть сформирован таким образом, чтобы два конца, при их соединении, формировали соединение внахлестку, угловое соединение внахлестку. Угловое соединение внахлестку может быть одиночным соединением внахлестку или двойным соединением внахлестку и может быть одинаковым с или отличаться от соединения внахлестку, сформированного на частях 8 3D тканой заготовки. В случае одиночного соединения внахлестку, подобного одиночному соединению внахлестку, изображенному на фиг. 5А и 5В, первый конец 3D тканой заготовки может быть сформирован согласно изображению на фиг. 3А, на котором волокна основы в слое 16 не переплетены с волокнами утка. На первом конце 3D тканой заготовки может быть удален слой 16.
На втором конце 3D тканой заготовки, которой должна быть задана форма простого многоугольника, волокна основы в слое 18 не переплетены с волокнами утка. На втором конце заготовки может быть удален слой 18.
Таким образом, согласно варианту реализации настоящего изобретения полка 3D тканой заготовки может быть создана согласно изображению на фиг. 9, показанному с разрывом, на котором слой 16 заготовки удален на первом конце 34, и слой 18 удален на втором конце 36. Части 8 между концами 34 и 36 3D тканой заготовки на фиг. 9 не показаны.
При сгибании по соответствующим линиям 11 сгиба согласно приведенному выше описанию концы 34 и 36 на фиг. 9 могут быть сведены в перекрывающее взаимное расположение, формируя угловое соединение внахлестку, в этом случае одиночное соединение внахлестку.
В вариантах реализации, содержащих угловое двойное соединение внахлестку, подобное двойному соединению внахлестку, изображенному на фиг. 6А и 6В, первый конец 3D тканой заготовки может быть сформирован согласно изображению на фиг. 3В, на котором основные волокна в слое 22 не переплетены с волокнами утка. На первом конце 3D тканой заготовки внутренний или средний слой 22 может быть удален, оставляя первый и второй внешние слои 20 и 24. На втором конце 3D тканой заготовки волокна основы в первом и втором внешних слоях 20 и 24 не сплетены с волокнами утка. На втором конце заготовки слои 20 и 24 могут быть удалены, оставляя средний слой 22.
Согласно варианту реализации настоящего изобретения полка 3D тканой заготовки, таким образом, может быть создана согласно изображению на фиг. 10, показанному с разрывом, на котором слой 22 заготовки удален на первом конце 34, и слои 20 и 24 удалены со второго конца 36. Части 8 между концами 34 и 36 3D тканой заготовки на фиг. 10 не показаны.
При сгибании по соответствующим линиям 11 сгиба согласно приведенному выше описанию концы 34 и 36 на фиг. 10 могут быть сведены во взаимное расположение, в котором слой 22 размещен между слоями 20 и 24, формируя угловое соединение внахлестку, в этом случае двойное соединение внахлестку.
В зависимости от формы простого многоугольника, сформированного из 3D тканой заготовки, слои 16 и 18, формирующие одиночное соединение внахлестку, на концах 3D тканой заготовки или слои 20, 22 и 24, формирующие двойное соединение внахлестку на концах заготовки, могут или могут не полностью перекрывать друг друга. То есть поверхность слоя может или может не полностью закрывать поверхность смежного слоя.
Таким образом, подробно рассмотрев различные варианты реализации настоящего изобретения, следует понимать, что настоящее изобретение, определенное абзацами, представленными в приведенном выше описании, не должно быть ограничено конкретными деталями, изложенными в приведенном выше описании, так как возможно множество очевидных его разновидностей, не отступая от сущности или объема настоящего изобретения.
1. Трехмерная (3D) тканая заготовка, содержащая:
плоский фланец, содержащий переплетенные волокна или нити основы и утка и имеющий первую главную поверхность, при этом указанный плоский фланец имеет место сечения;
первую полку, содержащую волокна или нити основы и утка, при этом первая полка проходит от первой главной поверхности плоского фланца, по меньшей мере часть первой полки содержит множество независимо сотканных слоев, расположенных перпендикулярно указанной первой главной поверхности;
причем первая полка содержит сечение по первой полке, плоскость которого перпендикулярна плоскому фланцу и перпендикулярна первой полке вдоль места сечения, причем сечение делит первую полку на первую часть и вторую часть; и
участок каждого из множества независимо сотканных слоев имеет уменьшенную толщину на первом участке указанной первой части, примыкающем к месту сечения, и втором участке указанной второй части, примыкающем к месту сечения, по сравнению с другими участками указанной полки;
причем первая часть расположена под углом ко второй части, и
причем указанные первый участок и второй участок по меньшей мере частично перекрыты.
2. Заготовка по п. 1, в которой участок каждого независимо сотканного слоя содержит лансированные нити, причем лансированные нити представляют собой волокна или нити основы, не сплетенные с волокнами или нитями утка в этом участке.
3. Заготовка по п. 2, в которой по меньшей мере часть участка, содержащая лансированные нити, удалена из каждого независимо сотканного слоя.
4. Заготовка по п. 1, в которой слои первого участка переплетены встречно-гребенчатым переплетением со слоями второго участка.
5. Заготовка по п. 1, дополнительно содержащая:
вторую полку, содержащую волокна или нити основы и утка, при этом вторая полка проходит от первой главной поверхности плоского фланца, по меньшей мере часть второй полки содержит множество независимо сотканных слоев, параллельных независимо сотканным слоям первой полки и граничащих с независимо сотканными слоями первой полки;
причем вторая полка включает в себя сечение по второй полке, плоскость которого перпендикулярна плоскому фланцу и перпендикулярна второй полке, и место сечения делит вторую полку на первую часть независимо сотканных слоев и вторую часть независимо сотканных слоев таким образом, что независимо сотканный слой каждой части содержит волокна основы в виде лансированных нитей, причем лансированные нити представляют собой волокна или нити основы, не сплетенные с волокнами или нитями утка в этом участке,
участок каждого из множества независимо сотканных слоев второй полки имеет уменьшенную толщину на первом участке указанной первой части, примыкающем к месту сечения, и втором участке указанной второй части, примыкающем к месту сечения, по сравнению с другими участками второй полки.
6. Заготовка по п. 1, в которой волокна или нити основы и утка изготовлены из материала, выбранного из группы, состоящей из стекла, углерода, керамики, арамида и полиэтилена.
7. Трехмерная (3D) усиленная волокном композитная структура, содержащая заготовку по п. 1.
8. Композитная структура по п. 7, дополнительно содержащая связующий материал.
9. Композитная структура по п. 8, в которой связующий материал выбран из группы, состоящей из эпоксидной смолы, бисмалеимида, полиэфира, винилового сложного эфира, керамики и углерода.
10. Способ формирования заготовки, согласно которому:
выполняют переплетение нитей или волокон основы с нитями или волокнами утка для формирования фланца, имеющего первую главную поверхность, и по меньшей мере одной полки, проходящей от фланца,
причем по меньшей мере часть первой полки содержит множество независимо сотканных слоев, расположенных перпендикулярно указанной первой главной поверхности, по меньшей мере часть одного из множества независимо сплетенных слоев содержит волокна или нити основы, переносимые как лансированные нити, причем лансированные нити представляют собой волокна или нити основы, не сплетенные с волокнами или нитями утка по меньшей мере частично;
выполняют рассечение первой полки с направлением плоскости сечения перпендикулярно плоскому фланцу и перпендикулярно первой полке вдоль места сечения, при этом сечение делит первую полку на первую часть независимо сотканных слоев и вторую часть независимо сотканных слоев таким образом, что по меньшей мере один независимо сотканный слой каждой части содержит волокна основы в виде лансированных нитей; уменьшают толщину участка первой полки на первом участке указанной первой части, примыкающем к месту сечения, и втором участке указанной второй части, примыкающем к месту сечения;
выполняют сгибание заготовки вдоль проекции плоскости сечения на первой главной поверхности таким образом, что независимо сотканные слои в участке в первой части и участке второй части по меньшей мере частично перекрыты в области.
11. Способ по п. 10, дополнительно включающий переплетение независимо сотканных слоев первой части встречно-гребенчатым переплетением с независимо сотканными слоями второй части.
12. Способ формирования трехмерной (3D) тканой заготовки, согласно которому:
выполняют формирование плоского фланца, содержащего переплетенные волокна или нити основы и утка и имеющего первую главную поверхность, при этом плоский фланец имеет место сечения, разделяющего плоский фланец на первую часть и вторую часть;
выполняют формирование первой полки, содержащей волокна или нити основы и утка, при этом первая полка проходит от первой главной поверхности плоского фланца, по меньшей мере часть первой полки содержит множество независимо сотканных слоев, расположенных перпендикулярно указанной первой главной поверхности;
выполняют рассечение первой полки, причем плоскость сечения перпендикулярна плоскому фланцу и перпендикулярна первой полке вдоль места сечения,
уменьшают толщину участка первой полки на первом участке указанной первой части, примыкающем к месту сечения, и втором участке указанной второй части, примыкающем к месту сечения; и
размещают первую часть под углом относительно второй части в месте сечения так, чтобы участки с уменьшенной толщиной каждого независимо сотканного слоя были по меньшей мере частично перекрыты.
13. Способ по п. 12, в котором участок каждого тканого слоя содержит лансированные нити, причем лансированные нити представляют собой волокна или нити основы, не сплетенные с волокнами или нитями утка в данном участке.
14. Способ по п. 13, включающий удаление по меньшей мере части участка, содержащего лансированные нити, из каждого независимо сотканного слоя.
