Трехмерный тканый угловой соединительный элемент с соединенными внахлестку заготовками

Трехмерный тканый угловой соединительный элемент с соединенными внахлестку заготовками

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 но