CN113573874B - 生产由复合材料制成的部件的方法、折叠件及涡轮机部件 - Google Patents

Abstract

用于从预成型件(12)生产部件(10)的方法，预成型件包括纤维(16a，16b)形成的网状物(18)，在预成型件成形之后，网状物具有不对准角，该方法包括如下步骤：‑在预成型件成形之前，相对于网状物定义正交局部参考系，‑在预成型件成形之后，相对于网状物定义自然局部参考系，‑相对于网状物定义链接参考系，‑在所述自然局部参考系中表示编织复合材料的刚度张量，‑在正交局部参考系中构建变形张量，‑在链接参考系中表示预先在正交局部参考系中构建的变形张量，‑在自然局部参考系中基于行为规律计算应力张量，该应力张量取决于在自然局部参考系中表示的刚度张量和在链接参考系中表示的变形张量，‑在正交局部参考系中表示预先使用行为规律计算的应力张量，‑在正交局部参考系中表示已经在自然局部参考系中表示的刚度张量，‑使用有限元方法为数值解构建切线算子，切线算子所包括的分量等于先前在正交局部参考系中表示的刚度张量的分量，‑在预成型件成形之前，至少基于在正交局部参考系中表示的应力张量来建立纤维(16a，16b)形成的网状物的优化构造，以及‑在浸渍所述网状物之前，局部调整网状物(18)的纤维(16a，16b)。

Description

生产由复合材料制成的部件的方法、折叠件及涡轮机部件

技术领域

本发明涉及在将一个或多个2D或3D织物折叠件成形之后，生产由编织复合材料制成的部件的领域。

背景技术

以传统方式和本身众所周知的方式，由编织复合材料制成的部件包括用作增强件的编织预成型件和用作粘合剂的聚合物基质。传统上，编织预成型件的纤维由碳纤维、玻璃纤维、凯芙拉纤维或亚麻纤维制成。

当纤维在预成型件内的定位不是随机定位，而是具有两个优选方向时，编织预成型件包括两种类型的形成网状物的纱线：经线(沿着编织方向延伸)和纬线(横向于编织方向延伸)。经线通常彼此基本上平行，且纬线通常彼此基本上平行。经线和纬线通常以近似直角相互交叉。通常认为经线-纬线参考系是正交参考系。于是容易且通常会考虑等效的均质复合材料是正交各向异性的。例如从织机出来的预成型件就是这种情况。

然而，当将编织预成型件成形以例如形成壳体或叶片时，经线和纬线相对于彼此滑动和旋转，且局部地存在经线-纬线参考系的正交性损失。这种正交性损失称为偏心。不再认为材料是正交各向异性的；材料变成各向异性的。衡量纬纱线的偏心位置与其原始位置之差的角度α称为“偏心角”。

取决于所考虑的部件(或部件区域)，一些偏心角可高达45°，更常见的值介于0°至25°之间。

对于在发动机部件的制造过程中使用的每种材料，典型地建立所谓的行为规律。材料的行为规律旨在根据施加于所述材料的不同条件(牵引力、压力等)对所述材料的行为(应力和变形状态)进行建模，并通过使所述材料经受例如牵引实验来以经验的方式确定材料的行为规律。同种材料可遵循多种行为规律。然而，当材料的正交性损失时，保持有效的行为规律的数量在减少。当所讨论的规律不是线性的时，这个数量甚至趋于撤消。此外，偏心角的值在部件中通常不均匀。如果存在各向异性的行为规律，则材料参数必须针对每个偏心角来确定，因为材料参数本质上取决于该值，但这在实践中不可行。

所考虑的编织材料的机械特性由于大的偏心角而显著变化。在牵引和压缩过程中，称为偏心的材料在纬线方向上更柔软，并在经线方向上更刚硬。在没有规律允许对其纤维已损失正交性的材料的行为进行建模的情况下，需要机械地对所生产的每个部件进行测试。这是不可能实现的，因为在部件的制造过程中提供裕度，即故意使某些部件的某些区域的尺寸过大，例如壳体凸缘的尺寸过大。通常，壳体的尺寸设计成对于偏心角为30度的特性损失，在纬线方向上最多可承受60％的特性损失，因此所述凸缘设计成约为在没有偏心的情况下的两倍厚。这会导致材料浪费率很高和发动机的质量显著增加。

目前，可预测偏心角，但是在部件的制造过程中无法将偏心角考虑在内。实际上，当编织材料的纤维的正交性损失时，仍然有效的行为规律的量减少，且在所讨论的规律不是线性的时趋于撤消。此外，偏心角的值在部件中通常不均匀。如果存在各向异性的行为规律，则材料参数必须针对每个偏心角来确定，因为材料参数本质上取决于该值，但这在实践中不可行。

因此，本申请的目的特别是提供一种用于生产由编织复合材料制成的部件的方法，该方法使得能够预测在部件的编织增强件成形期间经线-纬线参考系的偏心并将该偏心考虑在内。

发明内容

根据本发明，该目的通过一种用于从编织预成型件生产由复合材料制成的部件的方法来实现，该编织预成型件旨在被成形，预成型件包括形成网状物的编织经线纤维和纬线纤维，所述预成型件旨在用聚合物基质来浸渍以形成编织复合材料，纤维形成的网状物在预成型件成形之前具有两个基本上彼此垂直的优选方向，且在预成型件成形之后具有至少一个偏心角α，在预成型件没有进行任何特定成形的情况下，编织复合材料进一步遵循已知的一般行为规律，该方法的特征在于，该方法包括如下步骤：

-在预成型件成形之前，相对于网状物定义正交局部参考系，

-在预成型件成形之后，相对于网状物定义自然局部参考系，

-相对于网状物定义链接参考系，

-在所述自然局部参考系中表示编织复合材料的刚度张量，该刚度张量在正交局部参考系中是已知的且无论偏心角如何都保持不变，

-在正交局部参考系中构建变形张量，

-在链接参考系中表示先前在正交局部参考系中预先构建的变形张量，

-在自然局部参考系中根据行为规律计算应力张量，该应力张量取决于在自然局部参考系R₂中表示的刚度张量和在链接参考系中表示的变形张量，

-在正交局部参考系中表示预先使用行为规律计算的应力张量，

-在正交局部参考系中表示已经在自然局部参考系中表示的刚度张量C，

-使用有限元方法为数值解构建切线算子，切线算子所包括的分量等于先前在正交局部参考系中表示的刚度张量的分量，

-在预成型件成形之前，至少基于在正交局部参考系中表示的应力张量来建立纤维形成的网状物的优化构造，和

-在用基质浸渍所述纤维形成的网状物之前，在编织期间，局部调整网状物的纤维，以使所述纤维固定在优化构造，

-将预成型件放入模具中，

-用聚合物基质浸渍预成型件，

-使部件脱离模具。

所提出的技术方案能够从几何角度考虑不同的偏心角，并通过在所述部件的设计和生产过程中包括(更准确地说，通过考虑)这些不同的成形后偏心角来优化部件的制造。该解决方案适用于所有(线性和非线性的)行为规律，而无需重新规划。此外，材料参数的确定保持不变。其实施只需要知道偏心角即可。因此很容易随着偏心角的场连续地改变“行为规律”对象，从而根据偏心角预测编织材料的机械行为。这使得在部件生产期间能够根据预期的局部机械特性来调整偏心角。此外，通过考虑偏心角来预测由编织复合材料制成的部件的机械行为，可减少制造时间和成本。实际上，一般来说，为了用编织复合材料生产在机械行为和使用寿命方面符合规格的最终部件，至少需要经过的时间段是建模、原型、对这些原型进行测试以及考虑到测试结果而进行重新设计。对每个部件进行这些测试是非常昂贵的。通过这种制造工艺，制造时间(包括建模、设计、测试等所有步骤)可缩短至少30％，这对成本产生积极影响，且由复合材料制成的最终部件的设计符合预期。获得部件的效率更高，因为不再需要应用随机安全系数，该随机安全系数意味着部件的尺寸、质量和成本需要大量额外的材料。最后，可更好地计算和优化部件的使用寿命。

根据本发明的方法可包括如下单独采用或彼此组合地采用的特征中的一个或多个特征：

-自然局部参考系定义为附属于偏心的网状物的纤维的优选方向的参考系，在偏心角α不为零的情况下，自然局部参考系不是正交的，

-自然局部参考系定义为协变局部参考系，且链接参考系定义为逆变局部参考系，即自然局部参考系的对偶，

-从正交局部参考系到自然局部参考系的转变借助于转变矩阵来进行，该转变矩阵定义为：

-一般行为规律是线弹性行为规律，且切线算子是弹性刚度张量，

-部件是叶片，

-部件是壳体。

本发明还涉及一种折叠件，该折叠件由干的(3D)编织预成型件制成，并包括纤维形成的网状物，所述网状物在局部具有至少一个区域，在至少一个区域中网状物不是正交的，该区域由上述方法定义。

折叠件可构成如上所述的预成型件，或者例如通过接触相关联的多个折叠件可构成这种预成型件。

最后，本发明涉及一种涡轮机部件，涡轮机部件由通过使编织预成型件成形来生产的编织复合材料制成，编织复合材料包括用聚合物基质浸渍的纤维形成的网状物，所述网状物在预成型件成形之前具有至少一个区域，在至少一个区域中网状物不是正交的，该区域由上述方法定义。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从以下详细描述中变得明显，为了理解以下详细描述而参考了附图，在附图中：

-图1是能够编织编织预成型件的传统织机的前视图，

-图2是在编织预成型件成形之前所述预成型件的示意性横截面图，

-图3是通过成形和用基质浸渍如前面的图中所示的预成型件而生产的涡轮机叶片，

-图4a是一旦预成型件成形，预成型件的网状物的变形的示意图，

-图4b是与图4a相似的视图，但是偏心角α的变化用数字示出，

-图5是在预成型件成形之前和之后，偏心角α的变化的示意图，

-图6是根据本发明的基于局部正交参考系的一组参考系的图示，

-图7是根据本发明的方法的前四个步骤的示意性小结，

-图8是通过根据本发明的方法生产的涡轮机叶片的一系列示意性绘图。

具体实施方式

本发明提出的方法在于，首先对要制造的部件10，例如涡轮机的风扇叶片进行建模。例如，通过计算机辅助有限元的方法使用计算软件并配备所述计算机来进行建模。

该部件10通过使编织预成型件12成形来制造。该编织预成型件12包括编织纤维，且如图1所示，编织预成型件12通常在织机上进行编织，从而能够由单个圈状件或折叠件获得预成型件，或者由多个圈状件或折叠件获得预成型件，多个圈状件或折叠件布置在一起以构成相符合的预成型件。形成预成型件的一个或多个折叠件被认为是干燥的。实际上，一个或多个折叠件还没有用基质浸渍，基质旨在使编织预成型件致密化。

因此，在织机出口处，预成型件12具有一组纤维，这一组纤维沿着基本上彼此垂直的两个优选方向进行编织，如图1中所看到的。两种类型的纤维或纱线之间存在区别：经线纤维16a沿着编织方向17延伸，而纬线纤维16b基本上垂直于编织方向17延伸，因此垂直于经线16a延伸。因此，这一组经线16a和纬线16b形成基本上正交的网状物18，如图2中所看到的。

然后使编织预成型件12成形，(如图3中所看到的)以在用基质浸渍和固化之后得到部件10。通常在注射模具中进行成形，基质注射到该注射模具中。然而，如图4a和图4b所示，可看到预成型件12的这种成形引起网状物18的一系列变形。网状物18不再是正交的：网状物18偏心。即，在纬线纤维16b的初始方向(成形之前)和最终方向(成形之后)之间出现偏心角α(见图5)。在成形之后，网状物18的纬线纤维16b不再垂直于编织方向17。在图4b中可看到，偏心角α沿着部件10的表面局部地变化。图5示出了在预成型件12成形之前(区域Z₁-正交)和在预成型件12成形之后(区域Z₂-偏心)网状物18的演变。

一旦成形，预成型件12通常用聚合物基质来浸渍，然后在高压釜中固化以形成编织复合材料部件10。复合材料定义为用聚合物基质浸渍的编织预成型件12。这种编织复合材料14具有已知的机械特性。这些机械特性由已知的一般行为规律L表示。例如，行为规律L可以是线弹性行为规律。重要的是要注意：这里提到的行为规律表征编织复合材料14(预成型件和基质)的行为，而不是预成型件本身的行为。编织复合材料14的机械行为受偏心角α影响。类似地，编织复合材料的机械行为与预成型件(干的纤维增强件)的机械行为不同。

这些偏心角α使得编织复合材料14的机械特性根据部件10的不同区域Z₁、Z₂而变化。机械特性的这些变化导致弱点，且需要将部件10设计成一些尺寸过大的部件，以补偿偏心的编织复合材料14的机械弱点。“偏心的编织复合材料14”称为编织复合材料，其编织预成型件12具有偏心角α不为零的纤维网状物18。换句话说，具有编织预成型件12的编织复合材料14称为“偏心的编织复合材料14”，编织预成型件12具有偏心的网状物18。

与任何网状物一样，网状物18的纤维16a、16b的取向可通过对基向量的分解来表示。在数学上，向量空间V的基是生成V的、V的自由向量族。因此我们可以在正交局部参考系R₁的基B₁中表示初始(预成形)网状物18的纤维16a、16b的方向。这尤其使得能够定义一般行为规律L。典型地，该一般行为规律L可由具有所考虑的基B₁中的坐标数值的张量组成。

为了解决尺寸过大的这些问题，本发明涉及在称为自然(或偏心)的局部参考系R₂的基B₂中对偏心的编织复合材料14的行为进行建模。该自然局部参考系R₂与在偏心之后的网状物18的纤维16、16b的方向相关。该建模以与在正交局部参考系R₁的基B₁中对正交各向异性的编织复合材料14(偏心角α为零)的行为进行建模的方式相同的方式进行。实际上，我们认为在自然局部参考系R₂中，网状物18保持其材料对称性：我们认为在自然局部参考系R₂中，偏心的网状物18的行为类似于正交各向异性材料。因此，该自然局部参考系R₂使得无论局部偏心角α如何不同，都能够通过一组可靠的、所谓确切的行为规律对偏心的复合材料14的行为进行建模。该建模意味着：

-对于正交各向异性材料和偏心的编织复合材料14(即在预成型件12成形之前和之后)，各种张量(在所述一般行为规律L中涉及且投影在自然参考系R₂中)的分量相等，

-只是参考系R₁、R₂的基B₁、B₂不同，这些张量投影在基B₁、B₂上，

-与原始网状物18的纤维16a、16b一样，在存在偏心的情况下，偏心的基B₂不再是正交的。

待生产的部件10的编织预成型件12的成形以这样的方式建模，即局部地预测纤维16a、16b形成的网状物18的变形和偏心角α根据预成型件12的成形的变化。在本发明的上下文中，该建模是几何建模并通过遵循改进网状物的算法对预成型件的成形进行数值模拟而获得。然后，偏心角允许通过有限元方法对部件10进行建模。

在第一步骤中，在预成型件12成形之前，相对于网状物18定义正交局部参考系R₁。

在方法的第二步骤中，定义自然局部参考系R₂。对参考系R₂的该定义使得能够表示偏心的编织复合材料14的刚度张量C。在编织复合材料14无偏心的情况下，通常是在正交局部参考系R₁中定义该刚度张量C。刚度张量C的分量在正交局部参考系R₁中是已知的。任何刚度张量均通过在(试样形式的)编织复合材料上的实验测试且在正交局部参考系R₁(无偏心)中通过实验获得。刚度的每个张量与定义的材料相关。在偏心的编织复合材料的情况下，无论偏心角α的值如何，都假设张量C的分量是已知的且在自然参考系R₂中不变(或恒定)。这一点(编织复合材料14的刚度张量C在所述自然局部参考坐标系R₂中的表示)是所提出的技术方案的核心和新颖性所在。

在第三步骤中，首先在正交局部参考系R₁中定义或构建变形张量E。变形张量由本领域技术人员提供，和/或优选地由用于通过有限元方法执行建模的软件提供。变形张量在数学意义上是已知的。第二次，在链接参考系R²中表示变形张量E。链接参考系R²相对于纤维网状物定义。通过如图7所示的J^T转变矩阵进行表示或计算。这里，该链接参考系R²是逆变局部参考系R²，即为自然局部参考系R₂的对偶，自然局部参考系R₂称为协变参考系。最后，利用编织复合材料的行为规律，通过张量C和E来在自然局部参考系R₂中计算应力张量π。

在第四步骤中，在正交局部坐标系R₁中通过转变矩阵J^T表示上面获得的应力张量π。

在第五步骤中，通过有限元方法为数值解构建切线算子(必要元素)，切线算子所包括的分量等于先前在正交局部参考系R₁中表示的刚度张量的分量。特别地，换句话说，对正交局部参考系R₁中的刚度张量C的分量进行数值计算。在线性有限元计算的情况下，切线算子等于在R₁中表示的C。在非线性有限元计算的情况下，切线算子的表示更复杂，且取决于非线性的性质。

为了能够简化对本发明的方法的前五个步骤的理解，以下对2维的情况展开描述。然而，本发明提出的技术方案在3维上仍然完全适用。

更准确地说，我们考虑在图6中由两个向量dX₁和dX₂表示的正交局部参考系R₁。正交局部参考系R₁在数学上写成R₁＝dX₁-dX₂。R₁对应于在使用有限元方法时表示变形(张量E)和应力(张量π)必须要用到的参考系。这些变形E和这些应力π分别作为一般行为规律L的输入和输出来提供。

然后我们考虑自然局部参考系R₂。自然局部参考系R₂在数学上写成R₂＝dM₁-dM₂。R₂在图6中由两个向量dM₁和dM₂表示。自然局部参考系R₂是附属于偏心的网状物18的纤维16a、16b的优选方向的参考系。在偏心角α不为零的情况下，即当α不等于0时，自然局部参考系R₂不是正交的。

在数学上，参考元素的集合称为“参考系”，其中一个参考元素指定为原点，这些元素允许以简单的方式指定给定集合中的任何对象。在几何学上，参考系用于限定每个点的坐标。参考系用于例如以图形方式表示数据。

因此，偏心角α定义为在dM₂和dX₂之间形成的角度(见图6)。

根据图6所示的偏心角α的定义，从正交局部参考系R₁到自然局部参考系R₂的转变矩阵J^T具有如下表示：

前面提到，两个张量的乘积结果不应依赖于表示两个张量要用到的参考系。这是物理规律的客观性原则。为此，两个张量E和C因此必须以对偶基表示。

更一般地，在数学上，V上的线性形式的空间称为“向量空间V的对偶空间”。特殊类型的线性应用称为“线性形式”。线性应用(还称为线性算子或线性变换，但是许多作者将“变换”一词预留给那些双射应用)是在体K上的两个向量空间或环上的两个模之间的应用，遵循向量的加法以及在这些向量空间或模中定义的标量乘法，或换句话说是“保留线性组合”的应用。

为了在对偶基中表示两个张量E和C(一个张量相对于另一个张量来表示)(特别是C在一个基中表示，而E在与C的基对偶的基中表示)，所提出的技术中遵循的数学形式是线性代数。线性代数还使得能够得到协变基和逆变基的概念。这些协变基和逆变基的概念适用于本发明中所讨论的偏心的编织复合材料14的情况：因此，与基B₂相关联的自然局部参考系R₂(在图6中由向量dM₁和dM₂表示)定义为协变的。该参考系随着α而变化，并在偏心角α为零时与正交参考系R₁(在图6中由向量dX₁和dX₂表示)合并。我们还定义对偶参考系R²。该参考系定义为自然局部参考系R₂的对偶参考系。该对偶参考系R²与所谓的逆变基B²相关联(在图6中由向量dM₁和dM₂表示)。该对偶参考系R²也随着偏心角α而变化，也在偏心角α为零时与正交局部参考系R₁合并。所以在数学上我们将对偶参考系R²定义为R²＝dM¹-dM²。对偶参考系R²的每个向量dMⁱ与对应的自然局部参考系R₂的向量dM^j正交，其中i≠j＝1,2。应注意，如果参考系是正交的，则该参考系与其对偶相同。另请注意，当基是正交的时，该基会与其对偶基混淆，且协变基B₂和逆变基B²相同。

为了更好地解释本发明，基于上文定义的概念在下面提出本发明的方法的前五个步骤的具体示例。该示例基于特定的一般行为规律L：线弹性行为规律。在没有偏心的情况下，前面提到，该规律使得我们能够通过刚度张量C和变形张量E的乘积双重缩小来计算应力张量π。因此，我们表示π＝C:E。下面详述的五个步骤如图7所示。

·步骤1：对待生产的部件10的编织增强件的成形进行建模，以根据预成型件12的成形来局部地预测纤维16a、16b形成的网状物18的变形和偏心角α。

(总体上，这是我们如何获得偏心角α的方式)

·步骤2：假设材料的刚度张量C的分量是已知的，且在自然局部参考系R₂中保持不变，而不管偏心角α的值如何。因此，在自然局部参考系R₂中表示张量C。

(总体上，根据先前获得的偏心角α构建参考系R₂和R²，且表示C)

·步骤3：在正交局部参考系R₁中(由本领域技术人员)提供变形张量E，作为行为规律L的输入。然后，在对偶参考系R²中表示张量E，其中E＝JEJ^T(其中J^T是从正交局部参考系R₁到自然局部参考系R₂的转变矩阵)。在对偶参考系R²中表示张量E，在自然局部参考系R₂中表示张量C，因此在对偶参考系(R₂和R²)中表示张量C和E：因此，张量C和E的张量积在物理规律的客观性原则的意义上是客观存在的。因此，我们可在自然局部参考系R₂的协变基B₂中计算应力张量π(π＝C:E)的分量。

(总体上，我们在参考系R²(称为逆变)中表示张量E，然后在R₂(称为协变)中利用行为规律得到π))

·步骤4：在正交局部参考系R₁中表示已预先计算的应力张量π(本领域技术人员预期的表示)，其中π＝JπJ^T(其中J^T是从正交局部参考系R₁到自然局部参考系R₂的转变矩阵)。

·步骤5：通过切线算子进行数值求解。切线算子的分量通过一般行为规律L来计算。在目前的情况下，这些分量在正交局部参考系R₁中计算。在一般线弹性行为规律L的情况下，切线算子等于弹性刚度张量，且切线算子在参考系R₁中的分量通过应用于四阶张量的基运算的变化来计算，表达式如下：

其中：p,q,r,s,i,j,k,l各自是[1,2,3]中的整数索引，J^T是从R₁到R₂的转变矩阵(如上定义)，且v是函数[1,2,3]²→[1,2,3,4,5,6]，由于利用弹性刚度张量所具有的两个次要和主要对称特性而使得v能够在3×3×3×3张量的分量和以6×6矩阵形式编写的相同张量的分量之间建立链接。换句话说，刚度张量C(已在参考系R₂中表示)在正交局部参考系R₁中表示。该步骤在图7中由箭头编号4示出，箭头编号4代表从自然局部参考系R₂到正交局部参考系R₁的转变。

这使得能够在正交局部参考系R₁中得到应力张量π，从而无论偏心角α的值如何都能够预测偏心的编织复合材料14的局部应力状态。然后可预测偏心角α的影响且能够在用聚合物基质浸渍之前使预成型件12的网状物18的纤维16a、16b定向。因此，本申请的方法的后五个步骤是：

-在预成型件12成形之前，至少根据在正交局部参考系R₁中表示的应力张量来建立纤维16a、16b形成的网状物18的优化构造；纤维的取向在数字轮廓中的每个地方都进行优化，以改善将获得的最终部件的机械响应，

-在用基质浸渍纤维16a、16b形成的所述网状物18之前，局部地调整网状物18的纤维16a、16b，以在预成型件12成形之前，将纤维16a、16b固定在优化构造；在这里，在编织预成型件期间，通过考虑上游网状物的优化构造来进行这种调整，

-在将预成型件12放入模具之后，使预成型件12在模具中成形；替代地，在预成型件12成形之后，将预成型件放在模具中，

-用聚合物基质(例如树脂)浸渍预成型件，

-在用聚合物基质浸渍的预成型件12固化之后，使部件10脱离模具。

以这种方式，能够在每个位置预测部件10的机械特性且能够调整预成型件12的编织。例如，能够通过纤维16a、16b的厚度和/或纤维16a、16b的间距的局部调整，和/或纤维16a、16b的方向的局部重新布置来完成编织的这种调整。然后在用聚合物基质浸渍预成型件之前固定这种调整。这使得编织复合材料14虽然成形，但是编织复合材料14的预期特性能够得以保持，且使得在预成型件12成形之后能够避免与编织复合材料14的机械特性的不确定性相关联的尺寸裕度。换句话说，织机被重新参数化以生产纤维预成型件，纤维预成型件的纬线和经线纤维的取向允许预测具有偏心角的编织复合材料的行为。

在图8中可看到，当偏心角α沿着部件10的表面变化时，在所述部件10(在这里是风扇叶片)的模态响应上观察到差异。例如，模态响应通过使部件经受波(例如声音)来确定：部件响应于这些波的振动通过传感器和/或相机来测量。根据偏心的百分比，部件中的振动传播不同，如在图8中绘制的叶片中的线所示的。振动响应对不同模式的顺应性不同，因此部件的特征是能够预测特别是在气动弹性载荷下的部件行为。

这里给出的技术方案具有非常实用的优点。该技术方案可适用于任何类型的一般行为规律L，且其实施简单且快速。方法的使用是即时的且不需要辨别，其中偏心角α是唯一需要的附加输入数据。此外，该方法对计算时间没有影响，3×3应力和变形张量的变换几乎是瞬时完成的。

Claims (9)

1.一种用于从编织预成型件(12)生产由复合材料制成的部件(10)的方法，所述编织预成型件(12)旨在被成形，所述编织预成型件(12)包括形成网状物(18)的编织经线纤维和纬线纤维(16a，16b)，所述编织预成型件(12)旨在用聚合物基质来浸渍以形成编织复合材料(14)，所述编织经线纤维和纬线纤维(16a，16b)形成的网状物(18)在所述编织预成型件(12)成形之前具有两个基本上彼此垂直的方向，且在所述编织预成型件(12)成形之后具有至少一个偏心角α，在所述编织预成型件(12)没有进行任何特定成形的情况下，所述编织复合材料(14)进一步遵循已知的一般行为规律L，

所述方法的特征在于，所述方法包括如下步骤：

-在所述编织预成型件(12)成形之前，相对于所述网状物(18)定义正交局部参考系R₁，

-在所述编织预成型件(12)成形之后，相对于所述网状物(18)定义自然局部参考系R₂，

-相对于所述网状物(18)定义链接参考系R²，

-在所述自然局部参考系R₂中表示所述编织复合材料(14)的刚度张量C，所述刚度张量C在所述正交局部参考系R₁中是已知的且无论所述偏心角如何都保持不变，

-在所述正交局部参考系R₁中构建变形张量E，

-在所述链接参考系R²中表示先前在所述正交局部参考系R₁中构建的所述变形张量E，

-在所述自然局部参考系R₂中根据所述一般行为规律L计算应力张量π，所述应力张量π取决于在所述自然局部参考系R₂中表示的所述刚度张量C和在所述链接参考系R²中表示的所述变形张量E，

-在所述正交局部参考系R₁中表示预先使用所述一般行为规律L计算的所述应力张量π，

-在所述正交局部参考系R₁中表示已经在所述自然局部参考系R₂中表示的所述刚度张量C，

-使用有限元方法为数值解构建切线算子，所述切线算子所包括的分量等于先前在所述正交局部参考系R₁中表示的所述刚度张量C的分量，

-在所述编织预成型件(12)成形之前，至少基于在所述正交局部参考系R₁中表示的所述应力张量π来建立所述编织经线纤维和纬线纤维(16a，16b)形成的网状物的优化构造，

-在用所述聚合物基质浸渍所述编织经线纤维和纬线纤维(16a，16b)形成的网状物(18)之前，在编织期间，局部调整所述网状物(18)的编织经线纤维和纬线纤维(16a，16b)，以将所述编织经线纤维和纬线纤维(16a，16b)固定在所述优化构造，

-将所述编织预成型件(12)放入模具中，

-用所述聚合物基质浸渍所述编织预成型件(12)，以及

-使所述部件(10)脱离模具。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自然局部参考系R₂附属于偏心的所述网状物(18)的编织经线纤维和纬线纤维(16a，16b)的方向，在所述偏心角α不为零的情况下，所述自然局部参考系R₂不是正交的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述自然局部参考系R₂为协变局部参考系，且所述链接参考系R²为逆变局部参考系，即所述自然局部参考系R₂的对偶。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，从所述正交局部参考系R₁到所述自然局部参考系R₂的转变借助于转变矩阵J^T来进行，所述转变矩阵J^T定义为：

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述一般行为规律L是线弹性行为规律，且所述切线算子是弹性刚度张量。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述部件(10)是叶片。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述部件(10)是壳体。

8.一种折叠件，由干的3d编织预成型件制成，所述干的3d编织预成型件包括编织经线纤维和纬线纤维(16a，16b)形成的网状物(18)，所述网状物(18)在局部具有至少一个区域，在所述至少一个区域中所述网状物不是正交的，该区域由根据权利要求1至7中任一项所述的方法定义。

9.一种涡轮机部件(10)，由通过使编织预成型件(12)成形来生产的编织复合材料(14)制成，所述编织复合材料(14)包括用聚合物基质浸渍的编织经线纤维和纬线纤维(16a，16b)形成的网状物(18)，所述网状物(18)在所述编织预成型件(12)成形之前具有至少一个区域，在所述至少一个区域中所述网状物不是正交的，该区域由根据权利要求1至7中任一项所述的方法定义。