模块化叶片的复合材料层压件的可变厚度的过渡部的制作方法

本发明包括在模块化叶片中使用的部件的领域内，并且更具体地，本发明提供了对由于在原始帽中容纳不适配的插入件或接合元件所必需的梁凸缘(帽)的厚度增加而产生的偏心的解决方案。

背景技术：

1、由层压复合材料制成的叶片的模块化连接件包括接合区域中的加厚部，形成叶片的连接件的部分的金属元件容纳在该接合区域中。此接合区域的厚度非常大以容置这些元件，并且它减小以完成其与原始叶片的更薄的帽的过渡部。属于帽的“薄”层压件到属于接头的“厚”层压件之间存在过渡部，这在所述过渡部的载荷中产生偏心。

2、在不同的复合材料结构中可能会存在厚度改变，并且它们的过渡部被制成具有1:100的典型斜率。以这种方式，载荷的偏心会造成小力矩和横向于层压件平面的某些二次反作用力。然而，由于这些二次载荷一般量值较小，因此可以由层压件本身在其斜率得到的长度上支持这些载荷。(现有技术)。

3、厚度改变像模块化叶片中那样相关的唯一应用是在风力叶片的根部接头中。然而，根部具有封闭的截面，并且因此，由于两个原因，由引起所述厚度改变的偏心产生的效应得以减轻：最终覆盖轴承圆形截面整个周边的接头的较大宽度，以及也允许由载荷偏心起反作用引起的平面外运动的该截面的圆形封闭。

4、专利wo2019036270描述了两个模块之间交错翼梁帽的接合。它提出了各种解决方案，为接头的层压件提供倾斜，保持连续的层压件，但是其片材止于整体上呈现倾斜平面的斜面，或者通过使每个片材的端部相对于相邻片材交错(更低或更高)来保持连续的层压件。然而，由于没有容纳任何附加的插入件或接合元件，厚度改变和相关联的偏心是最小的，因此不会呈现该新发明中所面临的问题。

5、专利wo2020086080提出了一种翼梁帽，该翼梁帽随着宽度增长而厚度减小，在过渡区中呈现形成倾斜平面的层压件减小。然而，在所述专利的图7中看到的厚度改变量值小得多，并且因此其偏心可以用1:100或类似的典型斜率来解决。

6、专利ep1486415示出了衬套，衬套集成到芯构件中的预凹部中，衬套容纳在预凹部中。它被纤维条带覆盖，并用更多层纤维增强。尽管这是一种确保金属部件位置的增强形式，但它并不寻求通过台阶将复合材料中产生的偏心降至最低，其对此没有影响。

7、在现有技术中，不存在这种突然的厚度改变来支持主载荷路径中这种显著偏心的效应，因此，这种效应呈现非常高的应力水平。

技术实现思路

1、在不同的复合材料结构中可能会存在厚度改变，并且它们的过渡部被制成具有1:100的典型斜率。然而，主载荷路径的厚度改变在50％与400％之间的情况并不常见，这种情况可能存在于模块化叶片中。如果在这种厚度突然改变中使用通常的斜率，荷载的质心中存在偏心，从而导致复合物的平面外的力矩和运动，其量值比通常的量值大得多，这可能会导致结构坍塌。

2、在模块化叶片的接合部处存在两个彼此面对的模块(根部模块和尖部模块)，并且它们中的每一个都在上部壳体区域中并入了复合材料中的厚度突然改变和在下部壳体(或穿过壳体中心部分延伸的相应梁的帽)中并入了复合材料中的另一厚度突然改变。所述层压件在其前面上非常厚，以容置接头的金属元件，并且其宽度变窄，且其厚度从前面到梁的原始帽的区域减小。在这整个过渡部中，在两个构件的厚度之间存在高度增加δh。两个构件的质心未对准，当在端部上拉动时，质心倾向于对准并产生力矩m。这个力矩必须由层压件本身以垂直于它的载荷起反作用。当这些载荷具有相关量值时，如在厚度突然改变中所存在的，它们可能会导致平面外运动从而影响:(a)同一层压件的重叠接头，(b)梁凸缘的层压件与其腹板(典型地支持风力叶片梁凸缘的腹板或竖直面板)的接头，(c)帽与壳体其余部分的横向接头等。简而言之，这些荷载通常是二次荷载，可能会导致结构坍塌，因为它们的较大量值导致比主要荷载产生的效应更大的效应。

3、在本发明中，描述了在与叶片帽的过渡部中通过在模具面上并入材料的不同载荷对准解决方案，作为不成比例地增加所述过渡部的斜率的基本解决方案的备选方案。

4、这些厚度过渡部可以通过加厚帽面板的材料来实现，或者通过两个层压件之间的重叠或类似方式来实现；所提议的解决方案对这两种情况都有效。

5、在第一过渡部中，叶片帽以1:100的通常的斜率设置，假设源自偏心的载荷的反作用力长度非常短。

6、在叶片帽的第二过渡部中，斜率增加，直到反作用力长度足以容许二次载荷。这导致相当大的结构性过大厚度，和因此造成不必要的超重和额外成本。

7、在帽的第三过渡部中，它是双接头，因为帽的端部和预成型件的端部二者都止于一点，并且接头将是相等地覆盖两个点的双重叠层压件。

8、最后，提出了本发明中提议的解决方案:向模具面添加非结构性材料，这允许修改质心以增加反作用力长度，而无需添加结构性材料。这种填充材料既便宜又轻，就像行业中常见的泡沫一样。如果出于其他原因，诸如可检查性，希望材料具有与帽的结构性层压件的行为类似行为的树脂，则可以添加具有低弹性模量的层压件，诸如垫子、双轴或90°纤维，或者具有足够密度以允许使用ndt方法(超声波等)进行检查的芯。作为备选解决方案提议的最后一个过渡部将是修改叶片的空气动力学表面，并且因此修改模具的面，使得质心的变化平缓，并且还具有足够的长度来对二次载荷起反作用。

9、在所有这些提到的接头中，当载荷作用于截面的质心上时发生几何偏心，并且由于这因不同厚度的截面而未对准，从一截面的质心到另一截面的载荷施加线的距离(并且反之亦然)生成偏心载荷施加，这导致出现一力偶，力偶添加到帽截面中的轴向载荷流动。为了避免这种情况，将低弹性模量层压件添加到模具面，使构件的质心逐渐上升，使其对准并且避免其骤然变化。这些突然变化在接头区附近尤其关键，因此在接头附近的质心分布中保持平坦区尤其有利，这使此区中的平面外应力最小化。

10、优点是减少了在模块化叶片接头区域的过渡部中使用的材料，并减少了相邻区域(梁凸缘-帽中的搭接接头、与梁腹板的连接以及与壳体的横向接头)中的平面外应力和剥离应力，通过消除这些作用力优化了结构中材料的使用，以及优化了粘合剂的使用和接合上部壳体和下部壳体的两个翼梁帽的腹板的结构。

11、另一个重要的优点是可检查性；由于它是模块化叶片，因此可以从叶片内部舒适地检查过渡部。

12、本发明最相关的问题是，现有技术中常见的设计技术的应用可能会由于通常是二次的(小一个数量级)载荷而导致结构坍塌，并且因此不会对这些载荷进行如此详细的分析。这使得它的检测和解决方案的搜寻非常复杂，这对模块化叶片的开发带来了巨大的经济和时间影响。

技术特征：

1.一种模块化叶片的复合材料层压件的可变厚度的过渡部，其特征在于:

2.根据权利要求1所述的模块化叶片的复合材料层压件的可变厚度的过渡部，其特征在于，所述非结构性材料(10)是低弹性模量的层压件(双轴或以90°单向)，或是由泡沫、木排或类似物制成的芯。

3.根据权利要求1所述的模块化叶片的复合材料层压件的可变厚度的过渡部，其特征在于，所述非结构性材料(10)覆盖经处理的复合材料层压件的基部的整个宽度，并且其竖向切割部能够是三角形或梯形以实现质心的高程。

4.根据权利要求1所述的模块化叶片的复合材料层压件的可变厚度的过渡部，其特征在于，在使用低弹性模量层压件的情况下，所述非结构性材料(10)作为预固化层压件或新的层压件被并入到所述复合材料层压件中。

5.根据权利要求4所述的模块化叶片的复合材料层压件的可变厚度的过渡部，其特征在于，在泡沫芯、木排或类似物的情况下，所述非结构性材料(10)作为预制堆叠的前几层之一并入。

6.根据权利要求1所述的模块化叶片的复合材料层压件的可变厚度的过渡部，其特征在于，对应于所述非结构性材料(10)的区域通过修改所述叶片的空气动力学表面而获得，而不添加附加材料。

7.根据权利要求1所述的模块化叶片的复合材料层压件的可变厚度的过渡部，其特征在于，所述叶片的内部结构，并且具体地结合线，从所述接头的内部和外部都是能够检查的，因为其具有的所述非结构性材料(10)具有足够的密度供超声穿过。

技术总结
一种模块化叶片的复合材料层压件的可变厚度的过渡部，当厚度变化50‑400％时，模块化叶片的复合材料层压件的可变厚度的过渡部使质心分布平缓，质心表示为根据层压件的厚度和材料相对于叶片的对应半径而变化。为此目的，非结构性材料(10)被并入设置在对应于模具(5)的面的下部部分上，或者空气动力学表面(11)被修改。

技术研发人员：J·卡伦埃斯卡廷,E·桑兹帕斯夸尔,J·蒙雷阿尔莱斯梅斯,L·A·梅耶莫雷诺
受保护的技术使用者：纳布拉温德科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17