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ES2396838A1 - Disposición de unión de piezas de material compuesto reforzada direccionalmente. - Google Patents

Disposición de unión de piezas de material compuesto reforzada direccionalmente. Download PDF

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ES2396838A1 ES201031361A ES201031361A ES2396838A1 ES 2396838 A1 ES2396838 A1 ES 2396838A1 ES 201031361 A ES201031361 A ES 201031361A ES 201031361 A ES201031361 A ES 201031361A ES 2396838 A1 ES2396838 A1 ES 2396838A1
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Abstract

Disposición de unión de piezas de material compuesto reforzada direccionalmente en la que, en la zona de unión, al menos una de dichas piezas (11) es una pieza reforzada direccionalmente cuyo apilado comprende paquetes de telas (13, 13', 13'') con la dirección óptima para efectuar la transferencia de cargas en la unión, insertos entre al menos una tela continua (15) a lo largo de dicha zona de unión, teniendo cada uno de esos paquetes de telas (13, 13', 13'') distinta longitud de manera que dicha pieza reforzada direccionalmente (11) quede estructurada en la zona de unión en tramos (17, 17', 17'') con un número diferente de paquetes de telas (13, 13', 13'').

Description

DISPOSICION DE UNION DE PIEZAS DE MATERIAL COMPUESTO
REFORZADA DIRECCIONALMENTE
5
CAMPO DE LA INVENCION
La presente invención se refiere a una disposición de unión de piezas de
material compuesto y, más en particular, a una disposición de unión de piezas
de material compuesto, altamente cargada, de una estructura aeronáutica.
10
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la actualidad y particularmente en la industria aeronáutica se utilizan
de forma masiva materiales compuestos de matriz orgánica y fibras continuas
15
principalmente basadas en resinas epoxídicas y fibras de carbono en una gran
diversidad de elementos estructurales.
Las estructuras aeronáuticas exigen, como es bien conocido, la
integración de diversos elementos estructurales. Por ejemplo, los fuselajes
requieren la integración del revestimientos con diversos elementos estructurales
2 o
tales como vigas, cuadernas o larguerillos. A diferencia de lo que sucedía
cuando se utilizaban materiales metálicos en los que prácticamente solo existía
la opción de uniones mecánicas para la integración de los diversos elementos
estructurales de un determinado componente, los materiales compuestos
permiten que esa integración pueda realizarse también mediante uniones
25
químicas.
Las disposiciones de unión de componentes primarios de una aeronave
realizados en material compuesto, efectuadas directamente ó utilizando placas
intermedias, plantean diversos problemas para lograr una transmisión eficiente
de la carga entre dichos componentes al tratarse de disposiciones de unión
3 o
altamente cargadas.
Un ejemplo de esa problemática es el planteado en el documento US
2009065644 en relación con la disposición de unión de los revestimientos del
ala de aeronave con el cajón central del ala en la que es necesario asegurar
una buena transferencia de carga de las alas al cajón central y desde el cajón
central al resto de la estructura.
En ese documento se menciona la utilización de estructuras mixtas
5
(metálicas y de materiales compuestos) en este tipo de disposiciones de unión
y, en particular, la utilización de placas intermedias ("splice plate") metálicas.
Sería deseable sin embargo poder utilizar exclusivamente componentes
de materiales compuestos en ese ú otros tipos de disposiciones de unión y la
presente invención está orientada a la atención de esa demanda.
10
SUMARIO DE LA INVENCION
Un objeto de la presente invención es proporcionar una disposición de
15
unión de dos o más piezas de material compuesto sin utilizar piezas intermedias
de materiales metálicos.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar una disposición de
unión de dos o más piezas de material compuesto que consiga una
transferencia de carga escalonada y optimizada entre las piezas.
2 o
Estos y otros objetos se consiguen mediante una disposición de unión
remachada entre piezas de material compuesto en la que, en la zona de unión,
al menos una de las piezas es una pieza reforzada direccionalmente cuyo
apilado comprende paquetes de telas, con la dirección óptima para efectuar la
transferencia de cargas en la unión, insertos entre al menos una tela continua a
25
lo largo de dicha zona de unión, teniendo cada uno de esos paquetes de telas
distinta longitud de manera que dicha pieza reforzada direccionalmente quede
estructurada en la zona de unión en tramos con un número diferente de
paquetes de telas.
En una realización preferente, el número de telas juntas, tanto en la
3 o
misma dirección como en distinta dirección, en cada uno de dichos paquetes es
de cuatro. Se consigue con ello una disposición de unión en la que se utilizan Otras características y ventajas de la presente invención se número diferente de paquetes de telas. En otras realizaciones podría tener un
paquetes de telas conformes con principios de diseño convencionales.
En una realización preferente, dicha pieza tiene, en la zona de unión,
una configuración escalonada entre tramos de diferente espesor. Se consigue
5
con ello una configuración apropiada para ciertas disposiciones de unión.
En otra realización preferente, los extremos de los paquetes de telas en
la zona de unión se configuran con una pendiente mínima de 1 :20. Se consigue
con ello facilitar el apilado de piezas con zonas de unión de configuración
escalonada.
10
En otra realización preferente, la disposición de unión comprende dos
piezas reforzadas direccionalmente con la misma estructura del apilado en la
zona de unión, incluyendo paquetes de telas y telas continuas, aunque con una
diferente orientación de manera que se produzca una unión solapada entre
ellas con un mismo número total de paquetes de telas en cada tramo de la
15
unión. Se consigue con ello una disposición de unión compensada entre dos
piezas.
En otra realización preferente, la disposición de unión comprende una
pieza reforzada direccionalmente y una pieza de espesor constante en la zona
de unión, estando los remaches dispuestos en los tramos de la pieza reforzada
2 o
direccional mente con un número diferente de paquetes de telas de manera que
se efectúa una transferencia escalonada de cargas. Se consigue con ello, una
disposición de unión con una transferencia escalonada de cargas entre dos
piezas.
En otra realización preferente, la disposición de unión comprende una
2 5
pieza reforzada direccional mente y dos piezas de espesor constante en la zona
de unión, estando los remaches dispuestos en los tramos de la pieza reforzada
direccionalmente con un número diferente de paquetes de telas de manera que
se efectúa una transferencia escalonada de cargas. Se consigue con ello, una
disposición de unión con una transferencia escalonada de cargas entre tres
30
piezas.
desprenderán de la descripción detallada que sigue de una realización ilustrativa de su objeto en relación con las figuras que le acompañan.
5
DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
1 o 15
La Figura 1 es una vista esquemática en sección transversal de una pieza reforzada direccionalmente de configuración escalonada utilizada en disposiciones de unión según la presente invención. La Figura 2 es una vista esquemática en sección transversal de una disposición de unión entre dos piezas reforzadas direccionalmente según la presente invención. La Figura 3 es una vista esquemática en sección transversal de una disposición de unión entre una pieza reforzada direccionalmente y una pieza de espesor constante según la presente invención. La Figura 4 es una vista esquemática en sección transversal de una disposición de unión entre una pieza reforzada direccionalmente y dos piezas de espesor constante según la presente invención.
2 o
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION
2 5 30
La idea básica de la presente invención es la utilización de piezas reforzadas direccionalmente de material compuesto en lugar de piezas de materiales mecánicos en disposiciones de unión de piezas de material compuesto y en particular en disposiciones de unión altamente cargadas de componentes de materiales compuesto de, particularmente, estructuras aeronáuticas. En la realización preferente ilustrada en la Figura 1 el apilado de la pieza reforzada direccional mente 11, configurada escalonadamente, comprende tres paquetes de telas 13, 13', 13" de distinta longitud insertos entre telas continuas 15 de manera que se forman tres tramos escalonados 17, 17', 17' con un
número diferente de paquetes de telas.
La aptitud de dicha pieza reforzada direccionalmente 11 para sustituir a
una pieza metálica en una disposición de unión de piezas de material
5
compuesto viene dada por dos características básicas:
-Las telas de los paquetes de telas 13, 13', 13" están orientadas con la
dirección óptima para efectuar la transferencia de carga en la unión.
-La estructura en tramos 17, 17', 17" de diferente espesor y rigidez
facilita una transferencia gradual de cargas.
1 o
En una realización preferente, se utilizan 4 telas juntas en la misma
dirección en dichos paquetes 13, 13', 13". Se considera que ese es el máximo
número de telas juntas que puede haber en un paquete según los principios de
diseño. En otras realizaciones se podría utilizar un menor número de telas
juntas en un paquete. En función del número de telas juntas que se utilice se
15
consigue optimizar el efecto del refuerzo.
En realizaciones preferentes de configuración escalonada, como todas
las ilustradas en las Figuras, los extremos de los paquetes de telas 13, 13', 13"
se configuran con una pendiente mínima de 1 :20 con la finalidad de facilitar el
apilado de las piezas.
2 o
Describiremos a continuación tres disposiciones de unión distintas
utilizando piezas reforzadas direccionalmente 11.
En la Figura 2 se representa una unión solapada entre dos piezas
reforzadas direccionalmente 11, 21 (que pueden ser los bordes extremos de
dos componentes de una estructura aeronáutica) con, respectivamente,
2 5
paquetes de telas 13, 13', 13"; 23, 23', 23" insertos entre telas continuas 15, 25.
Con esa disposición se consigue una unión compensada entre dichas piezas
11, 21 ya que los remaches 27, 27', 27" están dispuestos en tramos 17, 17', 17"
de la zona de unión de las piezas 11, 21 que comprenden un mismo número de
paquetes de telas: el remache 27 afecta a los paquetes de telas 23, 23'; el
3 o
remache 27' afecta a los paquetes de telas 23, 13"; el remache 27" afecta a los
paquetes 13', 13".
En la Figura 3 se representa una unión escalonada entre una pieza
reforzada direccionalmente 11 y una pieza 31 de espesor constante. Con esa
disposición se consigue una transferencia gradual de cargas a través,
especialmente, de los remaches 27, 27', 27" que afectan, respectivamente, a
5
los paquetes de telas 13", 13', 13; 13", 13'; 13".
En la Figura 4 se representa una unión escalonada entre una pieza
reforzada direccionalmente 11 y dos piezas 31, 41 de espesor constante. Con
esa disposición se consigue una transferencia gradual de cargas a través,
especialmente, de los remaches 27, 27', 27" que afectan, respectivamente, a
10
los paquetes de telas 13", 13', 13; 13", 13'; 13".
Entre otras, la presente invención tiene las siguientes ventajas:
-Permite optimizar las disposiciones de unión de piezas de materiales
compuestos al utilizar las mencionadas piezas reforzadas direccionalmente con
un diseño estructuralmente óptimo para la disposición de unión en cuestión.
15
-Permite optimizar la transferencia de carga en la disposición de unión,
evitando la aparición de defectos en las piezas de material compuestos.
-Reduce los problemas de las disposiciones de unión de piezas de
distintos materiales derivados de eventuales incompatibilidades entre ellos.
Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión
2 o
con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas
modificaciones dentro de su alcance, no considerando éste como limitado por
las anteriores realizaciones, sino por el contenido de las reivindicaciones
siguientes.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Disposición de unión remachada entre piezas de material compuesto, caracterizada porque, en la zona de unión, al menos una de dichas piezas (11) es una pieza reforzada direccionalmente cuyo apilado comprende paquetes de telas (13, 13', 13") con la dirección óptima para efectuar la transferencia de cargas en la unión, insertos entre al menos una tela continua (15) a lo largo de dicha zona de unión, teniendo cada uno de esos paquetes de telas (13, 13', 13") distinta longitud de manera que dicha pieza reforzada direccionalmente
    (11) quede estructurada en la zona de unión en tramos (17, 17', 17") con un número diferente de paquetes de telas (13, 13', 13").
  2. 2.-Disposición de unión remachada según la reivindicación 1, caracterizada porque el número máximo de telas en dichos paquetes de telas (13, 13', 13") es de 4.
  3. 3.-Disposición de unión remachada según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizada porque en la zona de unión dicha pieza reforzada direccional mente (11) tiene una configuración escalonada entre tramos (17, 17', 17") de diferente espesor.
  4. 4.-Disposición de unión remachada según la reivindicación 3, caracterizada porque los extremos de los paquetes de telas (13, 13', 13") están configurados con una pendiente mínima de 1 :20.
  5. 5.-Disposición de unión remachada según cualquiera de las reivindicaciones 3-4, caracterizada porque comprende dos piezas reforzadas direccional mente (11, 21) con la misma estructura del apilado en la zona de unión, incluyendo paquetes de telas (13, 13', 13"; 23, 23', 23") y telas 3 o continuas (15; 25), aunque con una diferente orientación de manera que se produzca una unión solapada entre ellas con un mismo número total de
    paquetes de telas (13', 13"; 13", 23"; 23", 23') en cada uno de los 17', 17") de la unión.
    tramos (17,
    5 1 o
    6.-Disposición de unión remachada según cualquiera de las reivindicaciones 3-4, caracterizada porque comprende una pieza reforzada direccional mente (11) y una pieza (31) de espesor constante en la zona de unión, estando los remaches (27, 27', 27") dispuestos en los tramos (17, 17', 17") de la pieza reforzada direccional mente (11) con un número diferente de paquetes de telas (13, 13', 13") de manera que se efectúa una transferencia escalonada de cargas.
    15
    7.-Disposición de unión remachada según cualquiera de las reivindicaciones 3-4, caracterizada porque comprende una pieza reforzada direccional mente (11) y dos piezas (31, 41) de espesor constante en la zona de unión, estando los remaches (17, 17', 17") dispuestos en los tramos (17, 17', 17") de la pieza reforzada direccional mente (11) con un número diferente de paquetes de telas (13, 13', 13") de manera que se efectúa una transferencia escalonada de cargas.
    20
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