[发明专利]改进的纤维金属层压板

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括相互粘合的纤维增强复合层和金属片的纤维金属层压板。更具体来说，本发明涉及一种具有最佳配置的包括相互粘合的纤维增强复合层和金属片的纤维金属层压板。

背景技术

工程结构在负载下的行为通过许多设计参数来确定，并且定义用于特定应用的最佳材料通常是冗长的任务并且另外必须处理相冲突的要求。最常使用的工程材料是如钢合金、钛合金、镁合金、铝合金的金属、如玻璃纤维复合物、碳纤维复合物和芳族聚酰胺复合物的纤维增强复合物以及以下进一步定义的混合材料。

纤维增强复合物提供超过诸如金属的其他优选材料相当大的重量优点。通常，以牺牲诸如延展性、韧性、承载强度、传导性和冷成型能力的其他重要的材料性质为代价获得重量减轻。为了克服这些不足，开发出了称作纤维金属层压板的新型混合材料来组合金属与复合物的最佳属性。

诸如像US4,500,589中所描述的那些纤维金属层压板(也称为FML)是通过交替堆叠金属(最优选地是铝)片与纤维增强半固化片并且将该堆叠物在热和压力下固化来获得。这些材料越来越多地用在诸如运输业等行业中，例如在舰船、汽车、火车、飞机和航天器中。它们可以用作片和/或增强元件和/或用作用于这些运输工具的(主体)结构的支肋，向对于飞机来说用作机翼、机身和尾板和/或飞机的其他蒙皮壁板和结构元件。

WO2009/095381A1公开了一种纤维金属层压板，其中金属体积分数范围在0与47％之间。

WO2007/145512A1公开了一种包括具有1mm以上厚度的厚金属片的纤维金属层压板。厚金属片通过具有的纤维体积分数V_f低于45％的纤维增强复合层来粘合到层压板的其他层。

EP0312150A1和EP0312151A1描述其他可用的纤维金属层压板。

尽管纤维金属层压板可以提供优于金属合金、尤其是铝合金的改进的耐疲劳(尤其是裂纹扩展)性，但是其在结构方面、尤其是经受动态加载的结构方面的行为仍然有待改进，并且还需要高静态强度尤其是用于机械接合的高强度。就此而言，重要的特征是抗裂纹生长性以及良好的结构接合强度。如果考虑到相应纤维金属层压板在具有足够的接合强度性能的情况下实现最低裂纹生长速率，可以确定恰当的金属片和纤维增强复合物的性质，则将是非常合意的。

根据本发明的那些类型的纤维金属层压板优选地连接到结构的其他部件，并且因此可以具备缺口来实现该连接。这样的缺口提供可能不利地影响疲劳寿命的应力集中。本发明的另一个目的在于提供一种在动态加载方面具有最佳缺口性能的包括相互粘合的纤维增强复合层和金属片的纤维金属层压板。

本发明的一个目的在于提供一种在动态加载方面具有最佳结构响应、具体来说具有最低裂纹生长速率同时提供足够的接合强度的包括相互粘合的纤维增强复合层和金属片的纤维金属层压板。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种包括相互粘合的纤维增强复合层和金属片的纤维金属层压板，其具有一系列产生最佳结构响应的纤维和金属性质。

根据本发明的另一个方面，提供相互粘合的纤维增强复合层和金属片的纤维金属层压板，该层压板包括纤维增强复合层与相邻金属片的组合，对于该组合来说满足以下关系：

E_层压板*E_复合物/(E_金属*t_金属²)具有a*(Vf-c)^(b/(Vf-c))(其中b＝0.36且c＝0.3)(la)并且当V_f≤0.3时为零(lb)所提供的下限值与a*(Vf-c)^(b/(Vf-c))(其中b＝0.88且c＝0)(lc)所提供的上限值之间的值

0.10≤Vf<0.54(2)

E_层压板*E_复合物/(E_金属*t_金属²)<400*Vf kN/mm⁴(3)

其中a＝1200kN/mm⁴，并且

E_复合物＝组合中的纤维增强复合层在该复合层的最高刚度方向上获得的弹性杨氏模量(以kN/mm²为单位)

E_层压板＝在与E_复合物相同的方向上获得的总纤维金属层压板的弹性杨氏模量(以kN/mm²为单位)