(57)【要約】      （修正有）【課題】外来物の衝突による構造体の破損を低減させる効率的な材料を提供する。【解決手段】運動エネルギー吸収複合材物品は、第１のプライ及び第１のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な繊維を含む。第１の繊維は、個々の第１のルートから逸脱し且つそれらに戻る第１の局所的な波形を伴って配置されている。該物品は、第１のプライと平行な第２のプライ，第１のプライ又は第２のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第２の繊維、並びに第１のプライ及び第２のプライを少なくとも部分的に封入するマトリクス材料を含む。第２の繊維は、局所的な波形を有することなしに，又は第１の局所的な波形よりも少ない程度に個々の第２のルートから逸脱し且つ個々の第２のルートに戻る第２の局所的な波形を伴って配置されている。第２のルートは、実質的に第１のルートに平行である。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動エネルギー吸収複合材物品であって、
第１のプライ（８８、９８、１０８、１１８、１２８、１３８、１４８、１５８、１６８）、
前記第１のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第１の繊維（８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）であって、個々の第１の繊維が、前記個々の第１の繊維の第１の長さ部分に沿って実質的に一定の断面形状を有し、前記第１の長さ部分が、前記第１のプライ内の実質的に平行な第１のルート（８４、１０４、１１４、１２４、１４４、１５４）に沿って整列し、それぞれの第１の長さ部分の個々の第１のルートから逸脱し且つ前記個々の第１のルートに戻る前記第１の長さ部分内の第１の局所的な波形を伴って配置されている、複数の本質的に直線的な第１の繊維、
前記第１のプライに平行な第２のプライ（１２９、１３９、１４９、１５９）、
前記第１のプライ又は前記第２のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第２の繊維（８２、９２、１０２、１１２、１２２、１３２、１４２、１５２）であって、個々の第２の繊維が、前記個々の第２の繊維の第２の長さ部分に沿って実質的に一定の断面形状を有し、前記第２の長さ部分が、それぞれの前記第１のプライ又は前記第２のプライ内の実質的に平行な第２のルート（８６、１０６、１２６、１４６）に沿って整列し、前記第２の長さ部分内に局所的な波形を有することなしに、或いは、前記第１の局所的な波形よりも少ない程度にそれぞれの第２の長さ部分の個々の第２のルートから逸脱し且つ前記個々の第２のルートに戻る前記第２の長さ部分内の第２の局所的な波形を伴って配置されており、前記第２のルートが前記第１のルートと実質的に平行である、複数の本質的に直線的な第２の繊維、及び
前記第１のプライと前記第２のプライを少なくとも部分的に封入したマトリクス材料を備える、物品。
【請求項２】
前記個々の第１の繊維と前記個々の第２の繊維が、実質的に丸い断面形状を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項３】
前記個々の第１の繊維の前記断面形状が、前記個々の第１の繊維の別の長さ部分に沿って実質的に一定であり、前記第１の繊維の前記別の長さ部分が、前記第１のプライ内の実質的に平行な他のルートに沿って整列し、前記別の長さ部分内の局所的な波形を有することなしに配置され、それによって、前記別の長さ部分が、それらのそれぞれの他のルートと同一な広がりを持つ、請求項１又は２に記載の物品。
【請求項４】
前記第１の局所的な波形が、実質的に周期的であり、前記第１の繊維の中で、共通の周期及び共通の振幅を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の物品。
【請求項５】
前記第２の繊維が、第２の局所的な波形であって、実質的に周期的であり、前記第２の繊維の中で、共通の周期及び共通の振幅を有する、第２の局所的な波形を伴って配置されており、前記第２の局所的な波形の前記周期が、前記第１の局所的な波形の周期とは異なっている、請求項１から４のいずれか一項に記載の物品。
【請求項６】
前記第１の繊維が、共通の材料組成を有し、前記第２の繊維が、前記第１の繊維の材料組成とは異なる共通の材料組成を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の物品。
【請求項７】
前記第１の繊維が、共通の破壊歪を示し、前記第２の繊維が、前記第１の繊維の破壊歪とは異なる共通の破壊歪を示す、請求項１から６のいずれか一項に記載の物品。
【請求項８】
前記第１のルートから逸脱し且つ前記第１のルートに戻る前記第１の局所的な波形が、前記第１のプライ内において前記第１のルートによって規定された第１の幾何学的表面と同一な広がりを持つ、請求項１から７のいずれか一項に記載の物品。
【請求項９】
前記第２の繊維が、第２の局所的な波形を伴って配置され、前記第２のルートから逸脱し且つ前記第２のルートに戻る前記第２の局所的な波形が、前記第１の幾何学的表面と同一な広がりを持つか、又は前記第２のプライ内において前記第２のルートによって規定された第２の幾何学的表面と同一な広がりを持つ、請求項８に記載の物品。
【請求項１０】
前記第１のルートから逸脱し且つ前記第１のルートに戻る前記第１の局所的な波形が、前記第１のプライ内において前記第１のルートによって規定された第１の幾何学的表面と完全に同一な広がりを持たない、請求項１から９のいずれか一項に記載の物品。
【請求項１１】
前記第２の繊維が、前記第１のプライ内に包含されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の物品。
【請求項１２】
前記第２の繊維が、前記第２のプライ内に包含されており、前記第１のプライ内に包含されていない、請求項１から１１のいずれか一項に記載の物品。
【請求項１３】
裏側プライ（１７４ｂ）を更に備え、前記裏側プライが、
局所的な波形を有することなしに配置された複数の本質的に直線的な第３の繊維、及び
前記裏側プライを少なくとも部分的に封入する前記マトリクス材料を包含する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の物品。
【請求項１４】
運動エネルギー吸収方法であって、
複合材物品を提供することを含み、前記複合材物品が、
第１のプライ（８８、９８、１０８、１１８、１２８、１３８、１４８、１５８、１６８）、
前記第１のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第１の繊維（８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０）であって、個々の第１の繊維が、複数の第１の長さ部分を提供する第１の長さ部分を有し、前記複数の第１の長さ部分が、前記第１のプライ内の実質的に平行な第１のルート（８４、１０４、１１４、１２４、１４４、１５４）に沿って整列し、それぞれの第１の長さ部分の個々の第１のルートから逸脱し且つ前記個々の第１のルートに戻る前記第１の長さ部分内の第１の局所的な波形を伴って配置されている、複数の本質的に直線的な第１の繊維、
前記第１のプライに平行な第２のプライ（１２９、１３９、１４９、１５９）、
前記第１のプライ又は前記第２のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第２の繊維（８２、９２、１０２、１１２、１２２、１３２、１４２、１５２）であって、個々の第２の繊維が、複数の第２の長さ部分を提供する第２の長さ部分を有し、前記複数の第２の長さ部分が、それぞれの前記第１のプライ又は前記第２のプライ内の実質的に平行な第２のルート（８６、１０６、１２６、１４６）に沿って整列し、前記第２の長さ部分内に局所的な波形を有することなしに、或いは、前記第１の局所的な波形よりも少ない程度にそれぞれの第２の長さ部分の個々の第２のルートから逸脱し且つ前記個々の第２のルートに戻る前記第２の長さ部分内の第２の局所的な波形を伴って配置されており、前記第２のルートが前記第１のルートと実質的に平行である、複数の本質的に直線的な第２の繊維、及び
前記第１のプライと前記第２のプライを少なくとも部分的に封入したマトリクス材料を含み、前記方法が更に、
前記第１のプライと前記第２のプライが、運動エネルギーからの十分な力を受けたときに、
前記第２の繊維を塑性変形させること又は前記第２の繊維の破壊をもたらすことを伴って、不可逆的に、前記マトリクス材料を剪断すること又は個々の第２の繊維の少なくとも一部分に対する前記マトリクス材料の接着を壊すこと、及び
前記第１の繊維の破壊なしに前記第１の局所的な波形の少なくとも部分を引き伸ばすことを伴って、不可逆的に、前記マトリクス材料を剪断すること又は前記第１の局所的な波形の少なくとも部分に対する前記マトリクス材料の接着を壊すことによって、
前記第１の繊維と前記第２の繊維に漸進的に荷重をかけることを含む、方法。
【請求項１５】
前記第２の繊維が、前記第２の局所的な波形を伴って配置され、前記方法が、前記第１のプライと前記第２のプライが運動エネルギーからの前記力を受けたときに、前記第２の局所的な波形の少なくとも部分を引き伸ばすこと及びその後に前記第２の繊維を塑性変形させること又は前記第２の繊維の破壊をもたらすことを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記複合材物品が、裏側プライ（１７４ｂ）を更に備え、前記裏側プライが、
局所的な波形を有することなしに配置された複数の本質的に直線的な第３の繊維、及び
前記裏側プライを少なくとも部分的に封入する前記マトリクス材料を包含し、
前記漸進的に荷重をかけることが、運動エネルギーを有する物体を用いて前記力をかけること、及び、前記物体が前記第１のプライと前記第２のプライを通過した後で前記裏側層を用いて前記物体を捕獲することを含む、請求項１４又は１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
航空機、宇宙船、及び他の構造体は、様々な外来物の衝突を被る。その例は、（タイヤトレッド、岩などの）デブリ、雹、微小流星物体などである。構造体の破損は、内部の構成要素に重大な損傷を与え、構造的な統合性に影響を与え、更には、航空機、宇宙船、及び他の輸送構造体の壊滅的な損失さえもたらし得る。
【０００２】
燃料を運ぶ航空機、宇宙船、及び他の輸送構造体は、地面との衝突の間に燃料容器の破損を経験し得る。そのようなイベントの間に燃料容器の破損に抵抗することを目的とした、様々な自己密封型の燃料ブラダー及び衝突の影響を封じ込める構造が存在する。そのような目的を考慮して設計された既知の燃料ブラダー及び封じ込め構造は、しばしば、ファブリック又は単方向繊維の何れかから作られている。しかし、未だ同じ破損抵抗性を提供し又は破損抵抗性を増加させる一方で、燃料ブラダー及び封じ込め構造の質量を低減させるという要望も存在する。
【０００３】
したがって、外来物による衝突の対象となる航空機、宇宙船、及び他の輸送構造体に対して、構造体の破損を低減させるより効率的な材料が有益であろうことは理解されよう。より効率的な材料は、しばしば強度重量比と称される、より高い比強度（強度／密度）を示す。同様に、より効率的な破損抵抗性燃料ブラダー及び封じ込め構造も有益であろう。より高い効率を有する材料は、既知の構造材料と比較してより少ない構造材料の質量を用いて、破損に対する抵抗性を維持し又はその抵抗性を増加させる。
【発明の概要】
【０００４】
運動エネルギー吸収複合材物品は、第１のプライ、及び第１のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な繊維を含む。個々の第１の繊維は、個々の第１の繊維の第１の長さ部分に沿って実質的に一定の断面形状を有する。第１の長さ部分は、第１のプライ内の実質的に平行な第１のルートに沿って整列している。更に、第１の長さ部分は、それぞれの第１の長さ部分の個々の第１のルートから逸脱し且つそれらに戻る第１の長さ部分内の第１の局所的な波形を伴って配置されている。該物品は、第１のプライと平行な第２のプライ、第１のプライ又は第２のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第２の繊維、並びに第１のプライ及び第２のプライを少なくとも部分的に封入するマトリクス材料を含む。個々の第２の繊維は、個々の第２の繊維の第２の長さ部分に沿って実質的に一定の断面形状を有する。第２の長さ部分は、それぞれの第１のプライ又は第２のプライ内の実質的に平行な第２のルートに沿って整列している。第２の長さ部分は、第２の長さ部分内の局所的な波形を有することなしに、又は第１の局所的な波形よりも少ない程度にそれぞれの第２の長さ部分の個々の第２のルートから逸脱し且つ個々の第２のルートに戻る第２の長さ部分内の第２の局所的な波形を伴って配置されている。第２のルートは、実質的に第１のルートに平行である。
【０００５】
運動エネルギー吸収複合材物品は、第１のプライ、及び第１のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な繊維を含む。個々の第１の繊維は、個々の第１の繊維の第１の長さ部分に沿って実質的に一定な断面形状を有する。第１の繊維の第１の長さ部分は、第１のプライ内の実質的に平行な第１のルートに沿って整列している。更に、第１の長さ部分は、それぞれの第１の長さ部分の個々の第１のルートを基準とした第１のパターンで配置されている。該物品は、第１のプライと平行な第２のプライ、第１のプライ又は第２のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第２の繊維、並びに第１のプライ及び第２のプライを少なくとも部分的に封入するマトリクス材料を含む。個々の第２の繊維は、個々の第２の繊維の第２の長さ部分に沿って実質的に一定な断面形状を有する。第２の長さ部分は、それぞれの第１のプライ又は第２のプライ内の実質的に平行な第２のルートに沿って整列している。第２の長さ部分は、第１のパターンとは異なった様式で、それぞれの第２の長さ部分の個々の第２のルートを基準とした第２のパターンで配置されている。第２のルートは、実質的に第１のルートに平行である。該物品は、複合材物品が運動エネルギーからの十分な力を受けたときに、第１の繊維及び第２の繊維に漸進的に荷重をかけるための手段を更に含む。
【０００６】
運動エネルギー吸収方法は、第１のプライ、第１のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第１の繊維、第１のプライと平行な第２のプライ、第１のプライ又は第２のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第２の繊維、並びに第１のプライ及び第２のプライを少なくとも部分的に封入するマトリクス材料を含む、複合材物品を提供する。個々の第１の繊維は、第１のプライ内の実質的に平行な第１のルートに沿って整列した複数の第１の長さ部分を提供する第１の長さ部分を有する。複数の第１の長さ部分は、それぞれの第１の長さ部分の個々の第１のルートから逸脱し且つそれらに戻る第１の長さ部分内の第１の局所的な波形を伴って配置されている。
【０００７】
個々の第２の繊維は、それぞれの第１のプライ又は第２のプライ内の実質的に平行な第２のルートに沿って整列した複数の第２の長さ部分を提供する第２の長さ部分を有する。複数の第２の長さ部分は、第２の長さ部分内の局所的な波形を有することなしに、又は第１の局所的な波形よりも少ない程度にそれぞれの第２の長さ部分の個々の第２のルートから逸脱し且つ個々の第２のルートに戻る第２の長さ部分内の第２の局所的な波形を伴って配置されている。第２のルートは、実質的に第１のルートに平行である。
【０００８】
該方法は、第１のプライ及び第２のプライが運動エネルギーからの十分な力を受けたときに、
第２の繊維を塑性変形させること又は第２の繊維の破壊をもたらすことを伴って、不可逆的に、マトリクス材料を剪断すること又は個々の第２の繊維の少なくとも一部分に対するマトリクス材料の接着を壊すこと、及び
第１の繊維の破壊なしに第１の局所的な波形の少なくとも部分を引き伸ばすことを伴って、不可逆的に、マトリクス材料を剪断すること又は第１の局所的な波形の少なくとも部分に対するマトリクス材料の接着を壊すことによって、
第１の繊維及び第２の繊維に漸進的に荷重をかけることを含む。
【０００９】
上述の特徴、機能、及び利点は、様々な実施形態において独立に実現することが可能であり、又は別の実施形態において組み合わせることも可能である。これらの実施形態について、以下の説明及び添付図面を参照して更に詳細に説明する。
【００１０】
幾つかの実施形態が、次の添付図面を参照しながら以下で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】燃料ブラダー及びその地面との衝突の側面図を示す。
【図２】繊維に応力をかける前及びかけた後のプライ内の繊維の図を示す。
【図３】繊維に応力をかける前及びかけた後のプライ内の波形繊維の図を示す。
【図４】図２及び図３の繊維に対する衝突後の仮説的な繊維応力のチャートである。
【図５】一連のプライに衝突する物体の側面図である。
【図６】波形繊維を包含する一連のプライの側面図である。
【図７】波形繊維を有する一連のプライに衝突する物体の側面図である。
【図８】波形繊維を有する様々な単一のプライのうちの１つの上面図である。
【図９】波形繊維を有する様々な単一のプライのうちの１つの上面図である。
【図１０】波形繊維を有する様々な単一のプライのうちの１つの上面図である。
【図１１】波形繊維を有する様々な単一のプライのうちの１つの上面図である。
【図１２】波形繊維を包含する様々な一連のプライのうちの１つの側面図である。
【図１３】波形繊維を包含する様々な一連のプライのうちの１つの側面図である。
【図１４】波形繊維を包含する様々な一連のプライのうちの１つの側面図である。
【図１５】波形繊維を包含する様々な一連のプライのうちの１つの側面図である。
【図１６】球状物体の表面に沿って整列した波形繊維を伴う球状物体の斜視図である。
【図１７】図１７Ａ、図１７Ｂ、及び図１７Ｃは、物体が一連の層に衝突する連続的な側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
地上衝突のイベント中に、燃料ブラダー内の液体燃料は、水力学的ラムを生成し、それが繊維に非常に鋭く強い荷重を受けさせて、ブラダー壁の破壊を引き起こす可能性がある。既知のブラダーは、破壊を克服するように非常にロバストに設計されているが、ロバストに設計されたブラダー壁は重い。図１は、燃料ブラダー１０ａが、地面に落ち、衝突で歪んで、衝突した燃料ブラダー１０ｂを生み出す様子を示している。衝突した燃料ブラダー１０ｂ内の壁の歪は、含まれた燃料によってもたらされた水力学的ラムから繊維が受ける鋭く強い荷重の一例を示している。燃料ブラダーを取り囲む衝突封じ込め構造は、衝撃に対する性能基準を満たすために非常にロバストに設けられ且つ同様に設計され得る。ロバストな設計は、KEVLAR又は他の合成繊維などの非常に強靭な材料を含み、更に、ロバストな設計を維持するために重くなり得る。
【００１３】
本明細書で説明される方法及び装置は、地面衝突による衝撃によって加えられた運動エネルギーを吸収するためのメカニズムとして、繊維に漸進的に荷重をかけること及び選択的な繊維の破壊を可能にする。そのようにして、個々の繊維に対するピーク荷重が低減され、構造体の壁がより効率的に設計されることを可能にし、性能を維持すると同時により軽い構造体をもたらし得る。同じコンセプトが、外来物による衝突を被る構造体の設計を可能にし、それによって、物体の運動エネルギーが吸収され、個々の繊維上のピーク荷重が低減され得る。
【００１４】
そのような目的を支援するために、繊維内の波形が１つの設計特徴を構成する。他の支援設計特徴も本明細書で説明される。繊維の少なくとも一部を非直線的に作ることによって、プライ内の繊維内の湾曲が、衝突イベント中に引き伸ばされ得る。それは、繊維がその破壊歪に到達する前に位置を変更することを可能にする。結果として、複合材のターゲット層間剥離及び一部の繊維の選択的な剪断が、破損なしに運動エネルギーの吸収を可能にする。
【００１５】
図２は、運動エネルギーによる衝撃から荷重をかけられる前で繊維に応力が加えられていないときの繊維２０ａを示し、それは、直線的な繊維に対する図４の初期状態に対応している。図２は、荷重がかけられてから任意の時間単位５の後の繊維応力が任意の応力単位６０に到達し破壊が生じたときの繊維２０ｂも示している。図４は、時間単位５を超えて破壊が生じる際の繊維応力の仮説的な上昇を示している。
【００１６】
比較すると、図３は、荷重をかけられる前で繊維に応力が加えられないときの波形繊維３０ａを示し、波形繊維３０ａは、繊維２０ａと同一に配置された繊維であり、それは、波形繊維に対する図４の初期状態に対応している。時間単位５の後で、荷重がかけられた波形繊維３０ｂは、波形の一部が引き伸ばされた状態で示されている。すなわち、波形は、幾らか平らにされ又は滑らかにされ、低減された振幅及び／又は増加した周期を有する。「振幅」は、電気的振動のピーク間の振幅と同様に、波形の山と隣接する谷との間の距離の単位での高さの変動を指す。「周期」とは、電気振動の周期と同様に、波形の単一のサイクルが延在する空間距離を、サイクル当たりの距離の単位で示したものを指す。時間単位５の後で荷重がかけられた波形繊維３０ｂ内で約９の応力単位が存在するが、繊維応力は、図２の荷重がかけられた繊維２０ｂに対する時間単位５の後の繊維応力と比較してかなり小さい。荷重は増加し続け、時間単位１５の後で、更に荷重がかけられた波形繊維３０ｃは、波形が更に引き伸ばされ、振幅が更に減少し、且つ周期が更に増加して、波形はより平らで滑らかになることを示している。図４では、繊維応力が時間単位１５で減少しており、約１４の時間単位でピーク応力に到達するが、繊維が破壊するには不十分である。
【００１７】
図２及び図３での繊維の荷重は、図１のような液体を包含した燃料ブラダーが地面と衝突するときに実現され得る。液体がブラダーの側壁を押して、ブラダーの底において外向きの圧力をもたらす。比較的堅いブラダーでは、ブラダーの底における外向きの圧力が、急速に上昇し、高い機械的荷重によるブラダーの破壊をもたらし得る。そのような状況での破壊を緩和するために、外向きの圧力の運動エネルギーは、図３で示されるものなどの波形繊維を使用して変形中にブラダー壁内に吸収され得る。外向きの圧力は、波形繊維３０ａ内の波形を引き伸ばし、そのことが、プロセス中の運動エネルギーを吸収する。これは、荷重の後で繊維が弾性的に後退することを必ずしも意味しない。実際、波形繊維３０ａを包含する燃料ブラダーは、地面との衝突イベント中に塑性変形し得るが、にもかかわらず燃料を包含する繊維の破壊を低減させ得る。
【００１８】
構造体に衝突する物体の影響を軽減するために、同様の原理が適用される。図５は、一連のプライ内に配置された繊維５０を示している。ここで、ｘ方向は、繊維の長さに沿った側方の次元を表し、ｚ方向は、結合されたプライの厚さ方向の垂直の次元を表している。図５は、各プライ内に１つの繊維がある側面図を示している。物体５２は、厚さ方向すなわち垂直の次元において繊維５０に衝突する。図５は、繊維５０の多くが、物体５２の衝突中に破壊し、物体５２が厚みの中へ移動する際に、物体５２の前方で剪断されたことを示している。
【００１９】
繊維５０の剪断は、物体５２の運動エネルギーの一部を吸収し、物体５２による構造体の破損を避ける助けとなる。たとえそうであるとしても、破損を避けるためには、本明細書で説明される方法及び装置と比較して、繊維及びマトリクスのより大きな質量を必要とする。既知の損傷抵抗性構造体は、主として単純なクロスプライのレイアップ内に単一の種類の繊維を有する複合材を使用して作られる。これらのレイアップは、本明細書で説明されるものと同様なメカニズムを介して物体を止めることができるが、種々のメカニズムの範囲及び位置は制御されない。本明細書の方法及び装置は、損傷抵抗性構造体が衝突する物体を遅くする際に、変形の形状に影響を与えると同様に、特定の位置において層間剥離及び剪断破壊をもたらす１つのやり方を提供する。変形及び剪断破壊を所望の位置及び所望のモードで生じさせることによって、構造体は、より効率的になり、したがって、そのような特徴を有さない既知の構造体と比較してより軽い。
【００２０】
図６は、一連のプライ内に配置された波形繊維６０ａを示している。再び、ｘ方向は、繊維６０ａの長さに沿った側方の次元を表し、ｚ方向は、結合されたプライの厚さ方向の垂直の次元を表している。繊維６０ａは、矢印６４によって特定されている１つのそのようなルートの位置と実質的に平行なルートに沿って整列している。繊維６０ａに対する平行なルートの存在は、結合されたプライを形成するためにプライを積み重ねることと一貫している。波形繊維６０ａと垂直なクロスプライは、本明細書の方法及び装置において使用され得るが、簡略化のために示されていない。更に、本明細書の方法及び装置は、１０度、３０度、４５度、６０度などの他の角度におけるプライを含み得るが、これも簡略化のために示されていない。例えば、１０度の繊維の１以上のプライが含まれ得る。別の方法又は装置では、３０度の繊維の１以上のプライが含まれ得る。更に別の方法又は装置では、６０度の繊維の１以上のプライが含まれ得る。繊維６０ａは、個々のルートから逸脱し且つ個々のルートに戻り、示されている波形を生成する。ルートは、各プライ内で同じ方向に延在し、繊維に対する実質的に平行なルートを指定している。実質的に平行なルートは、完全に平行なルートから僅少な量だけ逸脱し得るが、本明細書の方法及び装置の利益を未だ提供することは、本明細書の説明から明らかであろう。
【００２１】
図３は、地面との衝突の際に燃料ブラダーの底において外向きの圧力がかかったときに（図１参照）、如何にして波形繊維の波形が引き伸ばされ得るかを示している。図７は、物体５２が繊維６０ａに衝突するときなどの、より集中的な衝突を示している。荷重がかけられた波形繊維６０ｂは、図５のような剪断の代わりに、物体５２の運動エネルギーを吸収する。物体５２が波形繊維６０ａの第１のものに衝突するときに、その繊維の波形は、物体５２が厚みの中へ進行し第２、第３、及び後続の繊維に接触するにつれて引き伸ばされ始め、各波形繊維の波形が漸進的に引き伸ばされる。
【００２２】
図７の仮説では、物体５２が、波形繊維６０ａの何れをも剪断することなしに、５つのプライの繊維に衝突する。波形は、繊維６０ｂが、漸進的に荷重がかけられた際に、破壊することなしに、それらの元々の位置から移動することを可能にする。図７の衝突イベントは、図５のように順次行われるものと比較して、同時により多くの繊維に作用する。したがって、繊維６０ｂは、繊維５０と比較してより多くのエネルギーを吸収する。繊維５０は、それらの元々の位置から移動することができず、その結果として、物体５２が連続的な繊維に衝突する際に、急速に荷重がかかり、急速に且つ局所的に破壊し得る。
【００２３】
（図３の波形繊維３０ａと同様に）波形繊維６０ａは、正弦曲線の経路（path）で示されており、それは、波形が繊維の個々のルートから逸脱し且つそれらに戻る際に波形が辿る経路を意味する。しかし、他の選択肢も波形に対して可能である。例えば、波形は、正弦曲線である必要はない。更に、波形は周期的に逸脱する必要はなく、すなわち、規則的な間隔で又は任意の一貫したパターンで逸脱する必要はない。波形は、図３及び図６の正弦曲線の経路とは異なる何らかの様式で逸脱し得るが、物体に衝突されるか又は地面に衝突するかにかかわらず、衝突イベント中に波形が引き伸ばされ且つ運動エネルギーを吸収することを未だ可能にする。とりわけ、図で示されているものに加えて適切な実施例は、螺旋又は平坦な螺旋を含む。
【００２４】
それに関連して、繊維６０ａは、ｚ方向すなわち垂直方向に逸脱するように示され、結合されたプライの厚さを表している。繊維６０ａを含むプライが平坦であるならば、繊維６０ａは各プライによって規定される平面に対して平面外に逸脱することが理解されよう。たとえそうであるとしても、繊維が特定のプライによって規定される平面に対して平面内で逸脱するときに、運動エネルギーを吸収する類似の効果が実現され得る。繊維の逸脱に対する様々な構成が、以下で説明される。
【００２５】
図７は、波形繊維６０ｂを包含する結合されたプライの厚さ方向において物体５２の前進が止まった状態の物体５２を示していると考えられ得る。図７は、それとは違って、厚さ方向に前進し続けている、その経路に沿った１つのポイントにある物体５２を示しているとも考えられ得る。物体５２は、繊維６０ｂの各々と衝突し、構造体を破壊させることなしに、結合されたプライの厚さの境界を通過し続けていると考えられ得る。そのような状況は、物体５２が厚さ方向の通過を続け、図７で示されている７つのプライの全てと係合するときに生じ得る。物体５２は、繊維６０ｂの波形を引き伸ばし、結局、７つの繊維の全てが損傷を受けていない状態で止まるが、波形は、物体５２の位置が７つ目の繊維を通過して延伸する程度まで引き伸ばされる。
【００２６】
物体が結合されたプライの完全な厚さに影響を与えるような任意の数のプライでは、同じ状況が生じる可能性がある。そのような衝突イベントでは、衝突イベントが全ての層の波形を同時に引き伸ばすことによって継続する間に、結合されたプライの厚さに応じて、最終的に、構造体の裏側層が前側層と共に変形し得る。したがって、波形繊維は、衝突後に物体がプライを通って移動する距離の関数として、エネルギー散逸を調整する際の１つの考慮事項を構成する。これは、物体を止めるために使用される距離に対して力を制御することを可能にする。
【００２７】
波形は、様々な方法及び装置を使用して形成され得る。一実施例は、コグが回転し繊維又はプライが捲縮装置を通して供給されるときに繊維を捲縮する（コグを用いるものなどの）捲縮装置を含む。そのような波形は、平面内又は平面外で形成され得る。更に、一組のバー又はクランピングバー（clamping bar）が使用されて、プライの両方向に繊維のセクションを交互に押すことができる。各セクションは、波形に対する周期の半分であり得る。そのような波形は、平面内で最も効果的に作られ得る。
【００２８】
波形に加えて、運動エネルギーの吸収を制御する助けとなり、衝突イベントの様々な予期される種類に対応し得る、幾つかの設計考慮事項が存在する。１つのそのような設計考慮事項は、破壊歪、弾性率、強度などの種々の特性を有する繊維を選択することを含む。これらの特性は、温度に依存し且つ／又は構造体が変形している間の衝突イベント中の時間で変動する。主に、繊維組成が破壊歪及び他の機械的特性を決定するが、繊維製造方法もまた役割を果たすことがある。そのような特性は、しばしば、既知の繊維に対して明確に規定されており、特定の設計目標を実現するために最も適切な既知の繊維が選択され得る。
【００２９】
おそらく、同じ化学組成の繊維が、異なる機械的特性を示すことがあり得る。結局、異なる組成の繊維に対する本明細書の任意の参照は、たとえ繊維組成が同じであるとしても、破壊歪などの異なる機械的特性の繊維を参照するように一般化され得る。
【００３０】
本文書の文脈では、破壊歪が、材料が破壊する工学（すなわち、公称）歪である。更に、「接着性（adhesion）」は、表面が互いに粘着する傾向を示す周知の特性を指す。更に、「延性（ductility）」は、脆い材料とは対照的に、材料が破壊する前に塑性変形する周知の特性を指す。あるシステムでは、延性が、破壊時における伸び率（percent elongation）として定量化され得る。更に、「強度」は、加えられる応力に耐えると同時に破壊を避ける材料の能力を指す。あるシステムでは、強度が、最大抗張力として定量化され得る。最大抗張力は、応力‐歪曲線の最大工学（すなわち、公称）応力を意味する。また更に、「弾性率」（すなわち、「弾性係数」）は、材料が弾性変形に抵抗する能力を示す。あるシステムでは、弾性率が、弾性領域内の応力‐歪曲線の傾斜として定量化され得る。破壊歪、接着性、延性、強度、及び弾性率は、当業者に知られた様々な技術によって測定され得る。
【００３１】
図８‐図１５は、各々が２つの種類の繊維を含む様々な構成を示している。第１の繊維８０に対するものなどの実線が第１の種類の繊維を表す一方で、第２の繊維８２に対するものなどの破線は第２の種類の繊維を表す。第１の繊維８０は、共通の材料組成を有し、第２の繊維８２は、第１の繊維の材料組成とは異なる共通の材料組成を有する。同様に、図９‐図１５では、実線が、共通の第１の組成を有する第１の繊維を示し、破線が、共通の第２の組成を有する第２の繊維を示す。既知の繊維の例は、ナイロン、ポリエチレン、アラミド（例えば、KEVLAR）、POM（ポリオキシメチレン、例えば、DELRIN）、PTFE（ポリテトラフルオロエチレン、例えば、TEFLON）、PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）、（PET（ポリエチレンテレフタレート）その他の）ポリエステル、PP（ポリプロピレン）、及びPVA（ポリビニルアルコール）を含む。他のものも同様に知られている。図８‐図１５は、２つの種類の繊維を示しているが、本明細書で説明される設計考慮事項に沿うことにおける利点を実現するために、３つ以上の種類の繊維が使用され得ることは理解されよう。
【００３２】
図８は、波形の第１の繊維８０と波形の第２の繊維８２の上面図を示している。ここで、ｘ方向は、繊維の長さに沿った側方の次元を示しており、一方、ｙ方向は、プライ８８内で結合された繊維の幅を横断する側方の次元を示している。第１の繊維８０は、プライ８８内の実質的に平行な第１のルート８４に沿って整列している。波形は、それぞれの第１の繊維８０の個々の第１のルート８４から逸脱し且つそれらに戻る。第２の繊維８２は、プライ８８内の実質的に平行な第２のルート８６に沿って整列している。波形は、それぞれの第２の繊維８２の個々の第２のルート８６から逸脱し且つそれらに戻る。第１のルート８４は、第２のルート８６と実質的に平行である。繊維８０と８２は、同じ程度に逸脱し、例えば、図８は、繊維８０と８２に対して正弦曲線の経路の振幅と周期が同じであることを示している。上述されたように、本明細書の方法及び装置において、他の種類の周期的又は非周期的な逸脱が使用され得る。
【００３３】
図１２は、第１の繊維１２０が共通の第１の組成を有し、第２の繊維１２２が第１の組成とは異なる共通の第２の組成を有するという点において、図８と類似している。更に、第１のプライ１２８内の繊維１２０は、第１のプライ１２８内の第１のルート１２４に沿って整列している。第２のプライ１２９内の繊維１２２は、第２のプライ１２９内の第２のルート１２６に沿って整列している。繊維１２０及び１２２内の波形は、それらのそれぞれのルートから同じ程度まで逸脱している。図１２のｘ方向が繊維長さに沿った側方の次元を表している一方で、図１２は、ｚ方向が、繊維１２０及び１２２を含む結合したプライの厚さ方向の垂直の次元を表しているという点で、図８とは異なっている。図１２は、そのようなプライのうちの７つを示している。図８におけるプライ８８が平坦であるならば、繊維８０及び８２内の波形は、平面内で逸脱すると考えられ得る。図１２におけるプライ１２８及び１２９が平坦であるならば、繊維１２０及び１２２内の波形は、平面外に逸脱すると考えられ得る。
【００３４】
繊維が平面内で逸脱するように選択されるか又は平面外に逸脱するように選択されるかは、主として２つの考慮事項を含む。先ず、平面内の逸脱はより製造可能であり、すなわち、製造するのがより技術的に困難でないことが予期される。次に、平面外の逸脱を有するプライの間で繊維が相互作用する可能性が存在し得る。波形がプライから平面外に逸脱するならば、隣接するプライの波形は潜在的に相互作用して、プライの間の増加した摩擦又は他の力を介してエネルギー吸収を増加させる。
【００３５】
図８及び図１２における波形の方向付けを説明する別の１つのやり方は、プライが平坦であるか又は湾曲しているかにかかわらず、一般的な事例として第１のルートによって規定された幾何学的表面に関する。図８では、第１のルート８４から逸脱し且つそれらに戻る波形が、プライ８８内において第１のルート８４によって規定された幾何学的表面と同一な広がりを持つ。図８では、プライ８８が平坦であり得る。それによって、プライ８８は平面内で逸脱すると言われるだろう。しかし、プライ８８が平坦でないならば、波形は、プライ８８内において第１のルート８４によって規定された幾何学的表面と同一な広がりを持つと未だ言われるだろう。同様に、第２のルート８６から逸脱し且つそれらに戻る第２の繊維８２内の波形は、プライ８８内において第２のルート８６によって規定された幾何学的表面と同一な広がりを持つ。
【００３６】
図８で示されている波形の第２の繊維８２は、プライ８８を有し且つ第１の繊維８０の第１のルート８４を有する平面内で逸脱する。すなわち、ルート８４と８６は、平行であるのみならず同一平面上にある。プライ８８が平坦ではないイベントでは、第２の繊維８２の波形が、第１の繊維８０に対する第１のルート８４によって規定された幾何学的表面と同一な広がりを持ち得る。そのような状況では、ルート８６も、プライ８８の幾何学的表面を規定すると言うことができる。結局、第１のルート８４と第２のルート８６の両方は、その幾何学的表面を規定する。このコンセプトは、図１６に関する以下の説明から更に理解され得る。
【００３７】
図９は、プライ９８内の波形の第１の繊維９０と波形の第２の繊維９２の上面図を示している。繊維９０と９２の波形は、図９からは明らかではない。何故ならば、それらは平面外に逸脱するからである。図９におけるｘ方向は、繊維の長さに沿った側方の次元に一致し、ｙ方向は、プライ９８内で結合された繊維の幅を横断する側方の次元に一致する。波形の第１の繊維９０は、共通の第１の組成を有し、波形の第２の繊維９２は、第１の組成とは異なる共通の第２の組成を有する。すなわち、図９内の繊維及びプライは、平面外の逸脱を除いて、図８における繊維及びプライと同一である。
【００３８】
実際には、単に図８の繊維８０と８２内の波形をルート８４と８６に一致する軸の周りで９０度まで回転させることによって、波形が回転して平面外に逸脱し、図９の上面図が得られる。図９は、繊維９０と９２の第１又は第２のルートを示していない。何故ならば、それらは繊維それら自身と重なり合っており且つ繊維それら自身から区別することができないからである。にもかかわらず、そのようなルートは、図８におけるルート８４及び８６と同一の位置にある。
【００３９】
平面外の逸脱のコンセプトは、プライ９８が平坦であるときに適用される。平坦なプライと湾曲したプライの両方に対する一般的な場合は、繊維９０と９２の波形が、それらのそれぞれのルートから逸脱し且つそれらに戻り、プライ９８内において繊維９０のルートによって規定された幾何学的表面と完全に同一な広がりをもたないと言うことができるだろう。言い換えると、波形は、そのような幾何学的表面から外向きに延在する。図９における波形は、プライ９８と垂直に延在する。しかし、波形は、１０度、３０度、４５度、６０度などの種々の角度において延在し、繊維９０のルートによって規定された幾何学的表面と完全に同一な広がりを持たないと未だ考えられ得る。
【００４０】
図１０及び図１１は、図８におけるものと比較したプライに対する更なる修正を示している。その場合、第２の繊維は、波形を含まず又はより少ない程度に逸脱した波形を含む。図１０は、プライ１０８の上面図である。ここで、ｘ方向は、繊維の長さに沿った側方の次元に一致し、ｙ方向は、プライ１０８内で結合された繊維の幅を横断する側方の次元に一致する。波形の繊維１００は、共通の第１の組成を有し、波形の第２の繊維１０２は、第１の組成とは異なる共通の第２の組成を有する。繊維１００は、第１のルート１０４と実質的に平行に沿って整列し、繊維１０２は、第２のルート１０６と実質的に平行に沿って整列している。第１のルート１０４は、第２のルート１０６と平行である。異なる組成を有することに加えて、繊維１０２内の波形は、繊維１００内の波形よりも少ない程度に逸脱している。具体的には、繊維１０２の周期が、繊維１００のものの２倍である。繊維１０２の波形内の各サイクルに対して、繊維１００の波形内の２つのサイクルが存在する。繊維１００の波形は、プライ１０８内において第１のルート１０４によって規定された幾何学的表面と同一な広がりを持つ。第２の繊維１０２の波形も、その幾何学的表面と同一な広がりを持つ。プライ１０８が平坦であるときに、繊維１００及び１０２は平面内で逸脱すると言うことができる。
【００４１】
図１１は、プライ１１８内に含まれた波形の第１の繊維１１０と第２の繊維１１２の上面図を示している。第２の繊維１１２は、波形を有さない。第１の繊維１１０内の波形は、実質的に平行な第１のルート１１４から逸脱し且つそれらに戻る。第２の繊維１１２は、繊維ルートから逸脱せず、その代わりに、繊維ルートと重なり合っている。何故ならば、繊維１１２内に波形がないからである。繊維１１２に対するルートは、したがって、図１１では示されていない。何故ならば、それは、繊維１１２から区別できないからである。第１のルート１１４と第２の繊維１１２は、実質的に平行である。ｘ方向は、繊維の長さに沿った側方の次元に一致し、ｙ方向は、プライ１１８内で結合された繊維の幅を横断する側方の次元に一致する。繊維１１０の波形は、プライ１１８内において第１のルート１１４によって規定された幾何学的表面と同一な広がりを持つ。
【００４２】
図１０及び図１１は、「経路（path）の長さ」のコンセプトを説明するために有用である。繊維１００、１０２、１１０、及び１１２に対する経路の長さは、繊維がそれらの逸脱の全体を通ってわたる経路に沿って測定される。繊維の全てが、繊維がわたる方向を指定する「ルート」を有する一方で、繊維の「経路」が、繊維のルートからのその逸脱の全体を通ってわたる繊維それ自身の具体的な位置に対応する。結局、図１０及び図１１において表示された繊維の端の間で、繊維１００と１１０が、最も長い経路の長さを有し、繊維１０２が、次に最も長い経路の長さを有し、繊維１１２が、（逸脱を有さない）最も短い経路の長さを有することは、理解されるだろう。
【００４３】
したがって、繊維１００／１１０、１０２、及び１１２は、衝突イベント中の運動エネルギーを吸収する異なる能力を所有する。繊維１１２は、塑性変形し繊維１１２を破壊するのに十分な運動エネルギーの量を吸収できるのみであり得る。塑性変形の程度は、繊維の材料の種類によって変動する。脆い繊維は、ほとんど又は全く変形しないで破壊し、より延性の高い繊維は、可塑的に延びた後で破壊する。繊維１０２は、波形を引き伸ばし、塑性変形し、繊維１０２を破壊するのに十分な運動エネルギーの量を吸収することができる。繊維１００／１１０は、繊維１０２及び１１２と比較して、最も長い経路の長さを有する繊維１００／１１０の波形を引き伸ばし、そのような繊維を塑性変形し破壊するのに十分な、より大きい運動エネルギーの量を吸収することができる。波形を引き伸ばし、繊維を塑性変形し、繊維を破壊する各段階が、ある量の運動エネルギーを吸収する。したがって、（繊維の破壊歪のみならず）繊維の逸脱の経路の長さが、運動エネルギー吸収の変動するレベルに対応するために変更され得る。
【００４４】
経路の長さは、波形の振幅及び周期の両方を選択することによって選択され得る。所与の振幅に対して、波形の周期（サイクル当たりの距離）を増加させることは、経路の長さを低減させることとなる。所与の周期に対して、波形の振幅（サイクル当たりの距離）を減少させることは、経路の長さを低減させることとなる。波形におけるより小さい振幅、波形におけるより長い周期、又はそれらの両方のために、ある繊維は、別の繊維がそのルートから逸脱するよりも少ない程度にそのルートから逸脱し得る。言い換えると、より小さい逸脱は、より短い経路の長さをもたらす。
【００４５】
図１０及び図１１は、種々の経路の長さを有する波形の設計考慮事項のみならず、繊維の中の種々の組成の設計考慮事項を組み込んでいる。しかし、同じ組成の繊維が図１０及び図１１で使用され、それによって、種々の経路の長さを有する波形の設計考慮事項のみが対処される場合もあることは、理解されるだろう。
【００４６】
図１２‐図１５は、次のことを除いて、それぞれ、図８‐図１１に対応する。すなわち、７つのプライが示されており、ｘ方向は、繊維の長さに沿った側方の次元に一致し、ｚ方向は、結合されたプライの厚さ方向の垂直の次元に一致している。図１２‐図１５は、各プライ内に側面図で認識可能なただ１つの繊維を有するプライの結合体の側面図である。
【００４７】
図１２は、第１のプライ１２８内の第１の繊維１２０、及び第２のプライ１２９内の第２の繊維１２２の側面図を示している。第１の繊維１２０内の波形は、第１のプライ１２８内の第１のルート１２４から逸脱し且つそれに戻る。第２の繊維１２２内の波形は、第２のプライ１２９内の第２のルート１２６から逸脱し且つそれに戻る。第１のルート１２４と第２のルート１２６は、実質的に平行である。第１の繊維１２０内の波形の逸脱が、第１のプライ１２８が平坦であるときに平面外であることは、理解されよう。第２の繊維１２２内の波形も、平面外である。一般的な場合に対して、波形は、第１のプライ１２８内の更なる第１の繊維１２０（図示せず）の更なる第１のルート１２４（図示せず）と組み合された第１のルート１２４によって規定された幾何学的表面と完全に同一な広がりを持たないが、図１２からは明らかでない。第２の繊維１２２内の波形も、完全に同一な広がりを持たない。図１２は、各プライ内にただ１つの繊維を示しているが、プライが更なる繊維を含むことは理解されよう。第１のプライ１２８内の第１の繊維１２０は、共通の第１の組成を有し、第２のプライ１２９内の第２の繊維１２２は、第１の組成とは異なる共通の第２の組成を有する。
【００４８】
図１３は、繊維１２０と１２２の方向付けを除いて、全ての点において図１２と類似する。波形の繊維１２０と１２２をそれらのそれぞれのルートの周りで９０度まで回転させることによって、（平坦であるときに）それらのそれぞれのプライ１３８と１３９と同じ平面内で逸脱する波形の繊維１３０と１３２がもたらされる。繊維１３０と１３２の波形は、図１３からは明らかではない。何故ならば、それらは平面内で逸脱しているからである。一般的な場合も、波形の方向付けを説明するために適用されるが、図１３は、繊維１３０と１３２の第１又は第２のルートを示していない。何故ならば、それらは繊維それら自身と重なり合っており且つ繊維それら自身から区別することができないからである。図１３は、各プライ内にただ１つの繊維を示しているが、プライが更なる繊維を含むことは理解されよう。第１のプライ１３８内の波形の第１の繊維１３０は、共通の第１の組成を有し、第２のプライ１３９内の波形の第２の繊維１３２は、第１の組成とは異なる共通の第２の組成を有する。
【００４９】
図１４及び図１５は、図１２におけるものと比較したプライに対する更なる修正を示している。その場合、第２の繊維は、波形を含まず又はより少ない程度に逸脱した波形を含む。図１４は、第１のプライ１４８内の第１の繊維１４０、及び第２のプライ１４９内の第２の繊維１４２の側面図を示している。第１の繊維１４０内の波形は、第１のプライ１４８内の第１のルート１４４から逸脱し且つそれに戻る。第２の繊維１４２内の波形は、第２のプライ１４９内の第２のルート１４６から逸脱し且つそれに戻る。第１のルート１４４と第２のルート１４６は、実質的に平行である。波形の方向付けは、図１２に類似のものとして説明される。図１４は、各プライ内にただ１つの繊維を示しているが、プライが更なる繊維を含むことは理解されよう。第１のプライ１４８内の第１の繊維１４０は、共通の第１の組成を有し、第２のプライ１４９内の第２の繊維１４２は、第１の組成とは異なる共通の第２の組成を有する。異なる組成を有することに加えて、繊維１４２内の波形は、繊維１４０内の波形よりも少ない程度に逸脱している。具体的には、繊維１４２の周期が、繊維１４０のものの２倍である。繊維１４２の波形内の各サイクルに対して、繊維１４０の波形内の２つのサイクルが存在する。
【００５０】
図１５は、第１のプライ１５８内の波形の第１の繊維１５０、及び第２のプライ１５９内の第２の繊維１５２の側面図を示している。第１の繊維１５０内の波形は、第１のプライ１５８内の第１のルート１５４から逸脱し且つそれに戻る。第２の繊維１５２は、繊維ルートから逸脱せず、代わりに、繊維ルートと重なり合っている。何故ならば、繊維１５２内に波形がないからである。繊維１５２に対するルートは、したがって、図１５では示されていない。何故ならば、それは、繊維１５２から区別できないからである。第１のルート１５４と第２の繊維１５２は、実質的に平行である。波形の方向付けは、図１２に類似のものとして説明される。図１５は、各プライ内にただ１つの繊維を示しているが、プライが更なる繊維を含むことは理解されよう。第１のプライ１５８内の第１の繊維１５０は、共通の第１の組成を有し、第２のプライ１５９内の第２の繊維１５２は、第１の組成とは異なる共通の第２の組成を有する。
【００５１】
図１４及び図１５は、種々の経路の長さを有する波形の設計考慮事項のみならず、繊維の中の種々の組成の設計考慮事項を組み込んでいる。しかし、同じ組成の繊維が図１４及び図１５で使用され、それによって、種々の経路の長さを有する波形の設計考慮事項のみが対処される場合もあることは、理解されるだろう。
【００５２】
図１６は、球面上の緯度のラインに沿って整列した図８の繊維８０と８２を有する球状物体の斜視図である。図１６は、繊維８０と８２が、ちょうど図８におけるように、異なる組成を有することを示している。更に、図１６は、繊維８０と８２が、図８におけるものと同じ振幅及び周期を有することを示している。球状物体の表面を形成するプライ１６８内のルート８４と８６は、図８におけるように、幾何学的表面を規定する。図８におけるプライ８８が平坦である一方で、図１６のプライ１６８は湾曲している。たとえそうであるとしても、繊維８０の波形は、第１のルート８４によって規定された幾何学的表面と同一な広がりを持つ。繊維８２の波形も、その幾何学的表面と同一な広がりを持つ。図９のプライ９８内の繊維９０と９２も、図１６のもののような球状物体において使用され得ることは、理解されよう。その場合に、繊維９０と９２の波形は、プライ９８内において繊維９０のルートによって規定された幾何学的表面と完全に同一な広がりを持たないだろう。代わりに、波形は、幾何学的表面から外向きに逸脱し得る。
【００５３】
図３、図６、及び図８‐図１５の構成は、波形の使用を用いて実装される繊維の経路の長さを選択すること、並びに種々の繊維の組成（及び／又は繊維の形状若しくは製造方法）の使用によって実装される機械的特性を選択することを含む、様々な設計考慮事項を組み込んでいる。更なる設計考慮事項は、繊維とマトリクスの組成の種々の組み合わせの使用によって実装される繊維とマトリクスとの間の接着力の程度を含む。図３及び図７の実施例では、マトリクスが繊維を封入して複合材料が繊維に強く接着し過ぎると、波形は破壊することなしに引き伸ばされないかもしれない。そのとき、波形を引き伸ばすことによって担保される運動エネルギーの吸収は生じない。結局、接着力の程度は、最小でも衝突イベント中に波形が引き伸ばされ、破壊する前に運動エネルギーを吸収するように選択され得る。
【００５４】
概して、マトリクスの組成は、所与の種類の繊維材料への接着性及び他の機械的特性を決定するが、硬化プロセスなどのマトリクス製造方法も役割を果たし得る。そのような特性は、しばしば、既知のマトリクス材料に対して明確に規定されており、特定の設計目標を実現するために最も適切な既知の材料が選択され得る。おそらく、同じ化学組成のマトリクス材料が、異なる機械的特性を示す場合もある。結局、本明細書の異なる組成のマトリクス材料に対する任意の参照は、たとえマトリクスの組成が同じであるとしても、繊維の接着性などの異なる機械的特性の材料を参照するように一般化され得る。既知のマトリクス材料の例は、熱可塑性ポリウレタンを含む熱可塑性物質、ポリエステル、エポキシ、及び（ネオプレンのように軽く架橋された（lightly cross-linked））ゴムのような材料を含む熱硬化性物質、シリコンなどを含む。他のものも同様に既知である。
【００５５】
組成によって決定されるマトリクスの延性も、如何にして波形が繊維から引き伸ばされるかに影響を与える。延性を有するマトリクスでは、マトリクスが衝突中に延伸し得る一方で、マトリクスを有する繊維の接着を壊す前に波形が繊維から引き伸ばされる。波形の引き伸ばし及び伸縮によるマトリクスの塑性変形は、マトリクスとの繊維の接着を壊すことなしに、ある量の運動エネルギーを吸収するのに十分であり得ると考えられる。
【００５６】
組成によって決定されるマトリクスの強度も、如何にして波形が繊維から引き伸ばされるかに影響を与える。繊維との接着を壊す代わりに、マトリクスは衝突中に剪断を生じ得る一方で、波形は繊維から引き伸ばされ、マトリクスの一部分は繊維に接着したままである。当然のことながら、波形の引き伸ばし及び剪断によるマトリクスの塑性変形は、マトリクスとの繊維の接着を壊すことなしに、ある量の運動エネルギーを吸収するのに十分であり得る。たとえそうであるとしても、繊維のある部分は、マトリクスとの接着を壊し得る一方で、他の部分は、波形が引き伸ばされているにもかかわらず、剪断されたマトリクス部分に接着したままである。
【００５７】
繊維の組成とマトリクスの組成の種々の組み合わせに対して、接着力が変動するため、接着の程度は、第３の設計考慮事項として使用され得る。より強い接着力では、繊維が破壊しない限り、より多くの運動エネルギーが吸収され得る。このようにして、様々な漸進的繊維荷重モードが利用可能になる。衝突イベント中に複合材料にかけられる荷重は、複合材を破損することなしに、多数の運動エネルギー吸収メカニズムにわたり分散され得る。３つの可能なメカニズムは、以下のものを含む。すなわち、１）マトリクスとの接着を壊す間に、マトリクスの延伸及び／又は剪断中に、又はそれらの両方の間に、繊維の波形を引き伸ばすこと、２）繊維が破壊する前にマトリクスとの繊維の接着を壊すこと又はマトリクスを剪断すること、及び３）他の繊維が破壊する前に破壊するのに十分低い破壊歪を有する繊維のサブセットを選択することである。
【００５８】
第４の設計考慮事項は、他の３つの設計考慮事項を実装するための複合材料の側方及び／又は厚さ方向領域を選択することを含む。すなわち、３つの設計考慮事項の実装は、プライ内、プライ間、又はそれ以外で側方及び／又は厚さ方向領域にわたり、複合材物品の全体を通して有益に且つ不均一に適用することができる。繊維のある部分は波形であり、一方、他の部分は波形が緩く又は波形を有さない。種々の機械的特性を有する繊維が、選択された側方及び／又は厚さ方向領域内で使用され得る。そして、マトリクスの接着性、延性、及び強度は、選択された側方及び／又は厚さ方向領域内で変動し得る。例えば、繊維の１つの長さ部分は、指定された程度まで波形を有するが、同じ繊維の別の長さ部分は、より少ない程度に波形を有し得る。波形、機械的特性、並びにマトリクスの接着性、延性、及び強度は、所望のパターンで設計され得る。波形、機械的特性、並びにマトリクスの接着性、延性、及び強度は、３つの考慮事項の全て又は３つの考慮事項未満の所望の組み合わせで設計され得る。したがって、エネルギー吸収は、複合材物品内の位置の関数として制御され得る。
【００５９】
上記の第３のメカニズムに従って、繊維の破壊は、波形の引き伸ばし後の塑性変形を超えて更なる運動エネルギーの吸収を可能にする。上述の第４の設計考慮事項によれば、位置の関数としてエネルギー吸収を制御する一実施態様は、厚さ方向領域内でプライごとに破壊歪、機械的特性を変更することを含む。最初に物体によって衝突される繊維は、より低い破壊歪を有し得る。それによって、それらの破壊は、更なる運動エネルギーを吸収する。一方で、次に衝突される繊維は、より高い破壊歪を用いて破壊を避ける。この実施態様は、本明細書で説明される方法及び装置内に含まれ得る。それによって、最初に衝突される繊維、次に衝突される繊維、又はそれらの両方が、更なる運動エネルギー吸収のために繊維の波形を含む。
【００６０】
類似する一実施態様では、より高い破壊歪を有する最初に衝突される繊維から波形が引き伸ばされ得る。一方で、より低い破壊歪を有する次に衝突される繊維が破壊して、更なる運動エネルギーを吸収し、最初に衝突される繊維の破壊を避ける。この実施態様は、本明細書で説明される方法及び装置内に含まれ得る。それによって、最初に衝突される繊維の繊維波形は更なる運動エネルギーを吸収するが、次に衝突される繊維は波形を含むかもしれないが含まないかもしれない。
【００６１】
関連する一実施態様では、物体が連続的なプライ内の繊維に衝突する際に、増加するか又は減少するかの何れかである破壊歪の勾配を提供するために、３つ以上の破壊歪が使用され得る。位置の関数としてエネルギー吸収を制御する設計考慮事項を実現するために、波形を使用すること又は波形を使用しないこと、２つの破壊歪を使用すること又は３つ以上の破壊歪を使用することを含む他の変形例が考えられる。これらの実施態様は、本明細書で説明される方法及び装置内に含まれ得る。
【００６２】
複合材物品の挙動は、３つの大まかなカテゴリーで説明され得る。第１に、物体の衝突は、構造体の強度及び弾力を介して運動エネルギーが吸収されるので、塑性変形をもたらさない。第２に、物体の衝突は、塑性変形を生成するが、構造体の破損を生成しない。第３に、物体の衝突は、塑性変形と破損の両方を生成する。本明細書の方法及び装置は、後者２つのカテゴリーに適用される。繊維に漸進的に荷重をかけることによって破損を避けることに関して、本明細書で重要な説明が存在する。しかし、本明細書の方法及び装置に従って運動エネルギーが漸進的に荷重をかけるとしても、それにもかかわらず荷重が材料の強度を超えたときに破損が生じる可能性はある。
【００６３】
結局、図１７Ａ、図１７Ｂ、及び図１７Ｃは、本明細書で説明される他の方法及び装置と併せて使用され得る更なる基準を説明している。図１７Ａでは、複合材１７０が、層１７４ａ／１７４ｂを含んでいる。層１７４ａ／１７４ｂは、物体１７２に衝突されそうになっている個々のプライ又はプライの群であり得る。複合材１７０は、設計境界１７６によって裏側層１７４ｂから離間するように設計された前側層１７４ａを含む。低減された接着力の領域が設計境界１７６に存在してもよく、前側層１７４ａ及び裏側層１７４ｂが異なって機能してもよく、或いはそれらの両方であってよい。図１７Ｂは、前側層１７４ａに衝突し、それらを通って移動する物体１７２を示している。図１７Ｂでは、物体１７２からの運動エネルギーによる荷重を漸進的にかけるために、本明細書で説明される方法及び装置が利用され得る。例えば、層１７４ａ、１７４ｂ、又はそれらの両方が、波形の繊維を含んでよい。
【００６４】
波形の繊維は、複数の本質的に直線的な第１の繊維として第１のプライ内に設けられ得る。個々の第１の繊維は、個々の第１の繊維の第１の長さ部分に沿って実質的に一定の断面形状を有する。第１の長さ部分は、第１のプライ内の実質的に平行な第１のルートに沿って整列している。更に、第１の長さ部分は、それぞれの第１の長さ部分の個々の第１のルートから逸脱し且つそれらに戻る第１の長さ部分内の第１の局所的な波形を伴って配置されている。層１７４ａ、１７４ｂ、又はそれらの両方は、第１のプライと平行な第２のプライ、第１のプライ又は第２のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第２の繊維、並びに第１のプライ及び第２のプライを少なくとも部分的に封入するマトリクス材料を含む。個々の第２の繊維は、個々の第２の繊維の第２の長さ部分に沿って実質的に一定の断面形状を有する。第２の長さ部分は、それぞれの第１のプライ又は第２のプライ内の実質的に平行な第２のルートに沿って整列している。第２の長さ部分は、第２の長さ部分内の局所的な波形を有することなしに、又は第１の局所的な波形よりも少ない程度にそれぞれの第２の長さ部分の個々の第２のルートから逸脱し且つ個々の第２のルートに戻る第２の長さ部分内の第２の局所的な波形を伴って配置されている。第２のルートは、実質的に第１のルートに平行である。
【００６５】
波形の繊維が、代わりに、複数の本質的に直線的な第１の繊維として第１のプライ内に設けられ得る。個々の第１の繊維は、個々の第１の繊維の第１の長さ部分に沿って実質的に一定の断面形状を有する。第１の繊維の第１の長さ部分は、第１のプライ内の実質的に平行な第１のルートに沿って整列している。更に、第１の長さ部分は、それぞれの第１の長さ部分の個々の第１のルートを基準とした第１のパターンで配置されている。層１７４ａ、１７４ｂ、又はそれらの両方は、第１のプライと平行な第２のプライ、第１のプライ又は第２のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第２の繊維、並びに第１のプライ及び第２のプライを少なくとも部分的に封入するマトリクス材料を含み得る。個々の第２の繊維は、個々の第２の繊維の第２の長さ部分に沿って実質的に一定の断面形状を有する。第２の長さ部分は、それぞれの第１のプライ又は第２のプライ内の実質的に平行な第２のルートに沿って整列している。第２の長さ部分は、第１のパターンとは異なった様式で、それぞれの第２の長さ部分の個々の第２のルートを基準とした第２のパターンで配置されている。第２のルートは、実質的に第１のルートに平行である。層１７４ａ、１７４ｂ、又はそれらの両方は、運動エネルギーからの十分な力を受けたときに、第１の繊維及び第２の繊維に漸進的に荷重をかけるための手段を含み得る。
【００６６】
運動エネルギー吸収方法は、層１７４ａ、１７４ｂ、又はそれらの両方内に実装され得る。該方法は、第１のプライ、第１のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第１の繊維、第１のプライと平行な第２のプライ、第１のプライ又は第２のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第２の繊維、並びに第１のプライ及び第２のプライを少なくとも部分的に封入するマトリクス材料を提供する。個々の第１の繊維は、第１のプライ内の実質的に平行な第１のルートに沿って整列した複数の第１の長さ部分を提供する第１の長さ部分を有する。複数の第１の長さ部分は、それぞれの第１の長さ部分の個々の第１のルートから逸脱し且つそれらに戻る第１の長さ部分内の第１の局所的な波形を伴って配置されている。個々の第２の繊維は、それぞれの第１のプライ又は第２のプライ内の実質的に平行な第２のルートに沿って整列した複数の第２の長さ部分を提供する第２の長さ部分を有する。複数の第２の長さ部分は、第２の長さ部分内の局所的な波形を有することなしに、又は第１の局所的な波形よりも少ない程度にそれぞれの第２の長さ部分の個々の第２のルートから逸脱し且つ個々の第２のルートに戻る第２の長さ部分内の第２の局所的な波形を伴って配置されている。第２のルートは、実質的に第１のルートに平行である。
【００６７】
該方法は、第１のプライ及び第２のプライが運動エネルギーからの十分な力を受けたときに、
第２の繊維を塑性変形させること又は第２の繊維の破壊をもたらすことを伴って、不可逆的に、マトリクス材料を剪断すること又は個々の第２の繊維の少なくとも一部分に対するマトリクス材料の接着を壊すこと、及び
第１の繊維の破壊なしに第１の局所的な波形の少なくとも部分を引き伸ばすことを伴って、不可逆的に、マトリクス材料を剪断すること又は第１の局所的な波形の少なくとも部分に対するマトリクス材料の接着を壊すことによって、
第１の繊維及び第２の繊維に漸進的に荷重をかけることを含む。
【００６８】
本明細書の方法又は装置のうちの一方からの漸進的な荷重が物体１７２を止めるのに不十分であるイベントでは、図１７Ｃが、裏側層１７４ｂが前側層１７４ａから剥離し且つ前側層１７４ａとの接触から分離される際に、捕獲層１７８になっている裏側層１７４ｂを示している。接着力が低減された領域を有する設計境界１７６における分離特性を制御することによって、裏側層１７４ｂは分離されて、様々なエネルギー吸収メカニズムを可能にし得る。例えば、接着力の低減された領域を剪断することは、運動エネルギーを吸収する。更に、裏側層１７４ｂが捕獲層１７８になる際に、裏側層１７４ｂの間の剪断性能は、そのような層の間の剪断を可能にするように制御され得る。捕獲層１７８の間の剪断は、捕獲層１７８の自由な動きを促進し、更に運動エネルギーを吸収する。結果として、構造体の破損は、漸進的に荷重をかけること並びに本明細書の他の方法及び装置に追加されたメカニズムに頼ることによって避けられ得る。
【００６９】
代替的に又は更に、本明細書の方法及び装置からの漸進的に荷重をかけるコンセプトが、捕獲層１７８を生成するために裏側層１７４ｂの中に組み込まれ得る。一実施例として、最初に物体によって衝突される前側層１７４ａは、より低い破壊歪を有し得る。それによって、それらの破壊は、更なる運動エネルギーを吸収する。一方で、次に衝突される裏側層１７４ｂは、より高い破壊歪を用いて破壊を避ける。したがって、物体の衝突は、裏側層１７４ｂを分離し得る。そして、裏側層１７４ｂは捕獲層１７８になる。最初に衝突される繊維、次に衝突される繊維、又はそれらの両方は、更なる運動エネルギーの吸収のために繊維の波形を含み得る。
【００７０】
一実施形態によれば、運動エネルギー吸収複合材物品は、第１のプライ、及び第１のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第１の繊維を含む。本質的に直線的な繊維は、直線化に抵抗する湾曲形状に設定された繊維と対比することができる。本質的に直線的な繊維は、弛緩状態にあるときに設定形状を持たず、直線化に抵抗しない。本物品では、個々の第１の繊維が、個々の第１の繊維の第１の長さ部分に沿って実質的に一定の断面形状を有する。実質的に一定の断面形状は、直径仕様の製造許容誤差内に受け入れられたままである程度に、繊維の長さに沿って僅少な量だけ変動し得る。第１の長さ部分は、第１のプライ内の実質的に平行な第１のルートに沿って整列している。更に、第１の長さ部分は、それぞれの第１の長さ部分の個々の第１のルートから逸脱し且つそれらに戻る第１の長さ部分内の第１の局所的な波形を伴って配置されている。
【００７１】
本物品は、第１のプライと平行な第２のプライ、第１のプライ又は第２のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第２の繊維、並びに第１のプライ及び第２のプライを少なくとも部分的に封入するマトリクス材料を含む。個々の第２の繊維は、個々の第２の繊維の第２の長さ部分に沿って実質的に一定の断面形状を有する。第２の長さ部分は、それぞれの第１のプライ又は第２のプライ内の実質的に平行な第２のルートに沿って整列している。第２の長さ部分は、第２の長さ部分内の局所的な波形を有することなしに、又は第１の局所的な波形よりも少ない程度にそれぞれの第２の長さ部分の個々の第２のルートから逸脱し且つ個々の第２のルートに戻る第２の長さ部分内の第２の局所的な波形を伴って配置されている。第２のルートは、実質的に第１のルートに平行である。
【００７２】
更なる特徴が、本物品に実装され得る。実施例では、複合材物品が航空機の燃料ブラダーであってよい。マトリクス材料は連続的であってよく、すなわち、同じ材料が第１及び第２のプライの両方を封入する。個々の第１及び第２の繊維は、実質的に丸い断面形状を有し得る。実質的に丸い形状は、円形状、卵型、卵形状、及び楕円形状を含む。
【００７３】
個々の第１の繊維の断面形状は、個々の第１の繊維の別の長さ部分に沿って実質的に一定であり得る。第１の繊維の別の長さ部分は、第１のプライ内の実質的に平行な他のルートに沿って整列していてよい。別の長さ部分は、別の長さ部分内に局所的な波形を有することなしに配置され得る。それによって、別の長さ部分は、それらのそれぞれの他のルートと同一な広がりを持つ。すなわち、個々の第１の繊維は、波形部分及び直線的部分を有し得る。波形繊維の選択された長さ部分及び波形ではない選択された長さ部分を有することは、上述の説明に従って他の領域より多くの運動エネルギーを吸収するための複合材物品の指定領域に対応する。
【００７４】
第１の局所的な波形は、実質的に周期的であり、第１の繊維の中で、共通の周期及び共通の振幅を有する。第２の繊維は、実質的に周期的であり、第２の繊維の中で、共通の周期及び共通の振幅を有する、第２の局所的な波形を伴って配置され得る。第２の局所的な波形の周期は、第１の局所的な波形の周期とは異なっていてよい。
【００７５】
第１の繊維は、共通の材料組成を有し、第２の繊維は、第１の繊維の材料組成とは異なる共通の材料組成を有し得る。第１の繊維は、共通の破壊歪を示し、第２の繊維は、第１の繊維の破壊歪とは異なる共通の破壊歪を示し得る。
【００７６】
第１のルートから逸脱し且つそれらに戻る第１の局所的な波形は、第１のプライ内において第１のルートによって規定された第１の幾何学的表面と同一な広がりを持ち得る。第２の繊維は、第２の局所的な波形を伴って配置され得る。そして、第２のルートから逸脱し且つそれらに戻る第２の局所的な波形は、第１の幾何学的表面と同一な広がりを持ち得るか、又は第２のプライ内において第２のルートによって規定された第２の幾何学的表面と同一な広がりを持ち得る。
【００７７】
代替的に、第１のルートから逸脱し且つそれらに戻る第１の局所的な波形は、第１のプライ内において第１のルートによって規定された第１の幾何学的表面と完全に同一な広がりを持たないかもしれない。第２の繊維は、第２の局所的な波形を伴って配置され得る。そして、第２のルートから逸脱し且つそれらに戻る第２の局所的な波形は、第１の幾何学的表面と完全に同一な広がりを持たず、又は第２のプライ内において第２のルートによって規定された第２の幾何学的表面と完全に同一な広がりを持たないかもしれない。
【００７８】
第２の繊維は、第１のプライ内に包含され得る。代替的に、第２の繊維は、第２のプライ内に包含され、第１のプライ内に包含されなくてもよい。
【００７９】
複合材物品は、局所的な波形を有することなしに配置された複数の本質的に直線的な第３の繊維を包含する裏側プライを更に含み得る。マトリクス材料が、裏側プライを少なくとも部分的に封入し得る。裏側プライは、局所的な波形を有することなしに配置された本質的に直線的な第３の繊維から成り得る。第３の繊維は、それらの長さに沿って一定の破壊歪を有し得る。裏側プライは、一定の破壊歪を有する第３の繊維から成り得る。
【００８０】
本物品内に実装され得る更なる特徴は、本明細書の他の実施形態内でも実装され得る。
【００８１】
別の一実施形態によれば、運動エネルギー吸収複合材物品は、第１のプライ、及び第１のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第１の繊維を含む。個々の第１の繊維は、個々の第１の繊維の第１の長さ部分に沿って実質的に一定の断面形状を有する。第１の繊維の第１の長さ部分は、第１のプライ内の実質的に平行な第１のルートに沿って整列している。更に、第１の長さ部分は、それぞれの第１の長さ部分の個々の第１のルートを基準とした第１のパターンで配置されている。
【００８２】
本物品は、第１のプライと平行な第２のプライ、第１のプライ又は第２のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第２の繊維、並びに第１のプライ及び第２のプライを少なくとも部分的に封入するマトリクス材料を含む。個々の第２の繊維は、個々の第２の繊維の第２の長さ部分に沿って実質的に一定の断面形状を有する。第２の長さ部分は、それぞれの第１のプライ又は第２のプライ内の実質的に平行な第２のルートに沿って整列している。第２の長さ部分は、第１のパターンとは異なった様式で、それぞれの第２の長さ部分の個々の第２のルートを基準とした第２のパターンで配置されている。第２のルートは、実質的に第１のルートに平行である。
【００８３】
該物品は、複合材物品が運動エネルギーからの十分な力を受けたときに、第１の繊維及び第２の繊維に漸進的に荷重をかけるための手段を更に含む。十分な力は、それ未満では物品の塑性変形が生じない閾値に打ち勝つのに十分高い。航空機、宇宙船、及び他の輸送構造体は、塑性変形なしに様々な力に耐える。本明細書の方法及び装置は、そのような力に耐える能力を必ずしも変更せず、代わりに、閾値を超えた変形の性質を構造体の破損よりもむしろ高いレベルの運動エネルギーの吸収に変更する。
【００８４】
更なる特徴が、本物品に実装され得る。実施例では、複合材物品が航空機の燃料ブラダーである。漸進的に荷重をかける手段は以下のものを含み得る。すなわち、
それぞれの第１の長さ部分の個々の第１のルートから逸脱し且つそれらに戻る第１の長さ部分内の第１の局所的な波形を有する第１のパターン、及び
第２の長さ部分内に局所的な波形を有さないか、或いは、第１の局所的な波形よりも少ない程度にそれぞれの第２の長さ部分の個々の第２のルートから逸脱し且つ個々の第２のルートに戻る第２の長さ部分内の第２の局所的な波形を有する、第２のパターンである。
【００８５】
第２の繊維は、局所的な波形を有することなしに配置され得る。そして、漸進的に荷重をかける手段は、更に以下のものを含み得る。すなわち、
第１の局所的な波形の周期及び振幅、
第１の繊維の破壊歪、
第２の繊維の破壊歪、並びに
マトリクス材料と第１及び第２の繊維との間の接着の程度である。漸進的に荷重をかける手段は、個々の第２の繊維の少なくとも一部分に対するマトリクス材料の接着を不可逆的に壊し、それには、第２の繊維を塑性変形させること又は第２の繊維の破壊をもたらすことが伴う。漸進的に荷重をかける手段は、第１の局所的な波形の少なくとも部分に対するマトリクス材料の接着を不可逆的に壊し、それには、第１及び第２のプライが運動エネルギーからの力を受けたときに、第１の繊維の破壊なしに第１の局所的な波形の少なくとも部分を引き伸ばすことが伴う。
【００８６】
第２の繊維は、第２の局所的な波形を伴って配置され得る。そして、漸進的に荷重をかける手段は、更に以下のものを含み得る。すなわち、
第１の局所的な波形の周期及び振幅、
第２の局所的な波形の周期及び振幅、
第１の繊維の破壊歪、
第２の繊維の破壊歪、並びに
マトリクス材料と第１及び第２の繊維との間の接着の程度である。漸進的に荷重をかける手段は、個々の第２の繊維の少なくとも一部分に対するマトリクス材料の接着を不可逆的に壊し、それには、第２の局所的な波形の少なくとも部分を引き伸ばすこと及びその後に第２の繊維を塑性変形させること又は第２の繊維の破壊をもたらすことが伴う。漸進的に荷重をかける手段は、第１の局所的な波形の少なくとも部分に対するマトリクス材料の接着を不可逆的壊し、それには、第１及び第２のプライが運動エネルギーからの力を受けるときに、第１の繊維の破壊なしに第１の局所的な波形の少なくとも部分を引き伸ばすことが伴う。本物品内に実装され得る更なる特徴は、本明細書の他の実施形態内でも実装され得る。
【００８７】
更なる一実施形態では、運動エネルギー吸収方法は、第１のプライ、第１のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第１の繊維、第１のプライと平行な第２のプライ、第１のプライ又は第２のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第２の繊維、並びに第１のプライ及び第２のプライを少なくとも部分的に封入するマトリクス材料を含む、複合材物品を提供する。個々の第１の繊維は、第１のプライ内の実質的に平行な第１のルートに沿って整列した複数の第１の長さ部分を提供する第１の長さ部分を有する。複数の第１の長さ部分は、それぞれの第１の長さ部分の個々の第１のルートから逸脱し且つそれらに戻る第１の長さ部分内の第１の局所的な波形を伴って配置されている。
【００８８】
個々の第２の繊維は、第２の長さ部分を有し、複数の第２の長さ部分は、それぞれの第１のプライ又は第２のプライ内の実質的に平行な第２のルートに沿って整列している。複数の第２の長さ部分は、第２の長さ部分内の局所的な波形を有することなしに、又は第１の局所的な波形よりも少ない程度にそれぞれの第２の長さ部分の個々の第２のルートから逸脱し且つ個々の第２のルートに戻る第２の長さ部分内の第２の局所的な波形を伴って配置されている。第２のルートは、実質的に第１のルートに平行である。
【００８９】
該方法は、第１のプライ及び第２のプライが運動エネルギーからの十分な力を受けたときに、
第２の繊維を塑性変形させること又は第２の繊維の破壊をもたらすことを伴って、不可逆的に、マトリクス材料を剪断すること又は個々の第２の繊維の少なくとも一部分に対するマトリクス材料の接着を壊すこと、及び
第１の繊維の破壊なしに第１の局所的な波形の少なくとも部分を引き伸ばすことを伴って、不可逆的に、マトリクス材料を剪断すること又は第１の局所的な波形の少なくとも部分に対するマトリクス材料の接着を壊すことによって、
第１の繊維及び第２の繊維に漸進的に荷重をかけることを含む。
【００９０】
更なる特徴が、本方法内に実装され得る。実施例では、第２の繊維が、第２の局所的な波形を伴って配置され得る。そして、該方法は、第１及び第２のプライが運動エネルギーからの力を受けたときに、第２の局所的な波形の少なくとも部分を引き伸ばすこと、及び、その後に第２の繊維を塑性変形させること又は第２の繊維の破壊をもたらすことを更に含み得る。個々の第１の繊維は、第１の長さ部分に沿って実質的に一定の断面形状を有し得る。そして、個々の第２の繊維は、第２の長さ部分に沿って実質的に一定の断面形状を有し得る。
【００９１】
複合材物品は、局所的な波形を有することなしに配置された複数の本質的に直線的な第３の繊維を包含する裏側プライ、及び裏側プライを少なくとも部分的に封入したマトリクス材料を更に含み得る。漸進的に荷重をかけることは、運動エネルギーを有する物体を用いて力をかけること、及びその物体が第１及び第２のプライを通過した後で裏側層を用いて物体を捕獲することを更に含み得る。第３の繊維は、それらの長さに沿って一定の破壊歪を有し得る。
【００９２】
条項１
運動エネルギー吸収複合材物品であって、
第１のプライ、
前記第１のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第１の繊維であって、個々の第１の繊維が、前記個々の第１の繊維の第１の長さ部分に沿って実質的に一定の断面形状を有し、前記第１の繊維の前記第１の長さ部分が、前記第１のプライ内の実質的に平行な第１のルートに沿って整列し、それぞれの第１の長さ部分の個々の第１のルートを基準とする第１のパターンで配置されている、複数の本質的に直線的な第１の繊維、
前記第１のプライに平行な第２のプライ、
前記第１のプライ又は前記第２のプライ内に包含された複数の本質的に直線的な第２の繊維であって、個々の第２の繊維が、前記個々の第２の繊維の第２の長さ部分に沿って実質的に一定の断面形状を有し、前記第２の長さ部分が、それぞれの前記第１のプライ又は前記第２のプライ内の実質的に平行な第２のルートに沿って整列し、前記第１のパターンとは異なる様式で、それぞれの第２の長さ部分の個々の第２のルートを基準とする第２のパターンで配置されており、前記第２のルートが前記第１のルートと実質的に平行である、複数の本質的に直線的な第２の繊維、
前記第１のプライと前記第２のプライを少なくとも部分的に封入したマトリクス材料、及び
前記複合材物品が運動エネルギーからの十分な力を受けたときに、前記第１の繊維と前記第２の繊維に漸進的に荷重をかけるための手段を備える、物品。
条項２
前記漸進的に荷重をかける手段が、
それぞれの第１の長さ部分の個々の第１のルートから逸脱し且つそれらに戻る第１の長さ部分内の第１の局所的な波形を有する第１のパターン、及び
第２の長さ部分内に局所的な波形を有さないか、或いは、第１の局所的な波形よりも少ない程度にそれぞれの第２の長さ部分の個々の第２のルートから逸脱し且つ個々の第２のルートに戻る第２の長さ部分内の第２の局所的な波形を有する第２のパターンを備える、条項１に記載の物品。
条項３
前記第２の繊維が局所的な波形を有することなしに配置されており、前記漸進的に荷重をかける手段が更に、
第１の局所的な波形の周期及び振幅、
前記第１の繊維の破壊歪、
前記第２の繊維の破壊歪、並びに
前記マトリクス材料と前記第１の繊維及び前記第２の繊維との間の接着の程度であって、前記漸進的に荷重をかける手段が、前記２の繊維を塑性変形させること又は前記第２の繊維の破壊をもたらすことを伴って、前記個々の第２の繊維の少なくとも一部分に対する前記マトリクス材料の接着を不可逆的に壊し、前記第１のプライと前記第２のプライが前記運動エネルギーからの力を受けたときに、前記第１の繊維の破壊なしに前記第１の局所的な波形の少なくとも部分を引き伸ばすことを伴って、前記第１の局所的な波形の少なくとも部分に対する前記マトリクス材料の接着を不可逆的に壊す、接着の程度を備える、条項１又は２に記載の物品。
条項４
前記第２の繊維が第２の局所的な波形を伴って配置され、前記漸進的に荷重をかける手段が更に、
第１の局所的な波形の周期及び振幅、
前記第２の局所的な波形の周期及び振幅、
前記第１の繊維の破壊歪、
前記第２の繊維の破壊歪、並びに
前記マトリクス材料と前記第１の繊維及び前記第２の繊維との間の接着の程度であって、前記漸進的に荷重をかける手段が、前記第２の局所的な波形の少なくとも部分を引き伸ばすこと及びその後に前記第２の繊維を塑性変形させること又は前記第２の繊維の破壊をもたらすことを伴って、前記個々の第２の繊維の少なくとも一部分に対する前記マトリクス材料の接着を不可逆的に壊し、前記第１のプライ及び前記第２のプライが前記運動エネルギーからの力を受けたときに、前記第１の繊維の破壊なしに前記第１の局所的な波形の少なくとも部分を引き伸ばすことを伴って、前記第１の局所的な波形の少なくとも部分に対する前記マトリクス材料の接着を不可逆的に壊す、接着の程度を備える、条項１から３のいずれか一項に記載の物品。
【００９３】
本方法内に実装され得る更なる特徴は、本明細書の他の実施形態内でも実装され得る。
【００９４】
個々の方法及び装置に対して本明細書で説明された様々な選択肢は、矛盾しないところを除いて限定的であることを意図していないことを、本発明者らは明白に考慮している。本明細書の個々の方法の特徴及び利点は、他のところで具体的に示されていないとしても、本明細書で説明される装置及び他の方法と組み合されて使用され得る。同様に、本明細書の個々の装置の特徴及び利点は、他のところで具体的に示されていないとしても、本明細書で説明される装置及び他の方法と組み合されて使用され得る。
【００９５】
法令に従って、実施形態は、構造的および方法論的な特徴に関して多かれ少なかれ具体的に言語で説明されてきた。しかしながら、実施形態は、図示し説明した特定の特徴に限定されないことを理解されたい。したがって、本実施形態は、同等の原則に従って適切に解釈される添付の特許請求の範囲の適切な範囲内にあるそれらの形態又は修正の何れかで特許請求される。
【図１】
2020006937.tif 000003
【図２】
2020006937.tif 000004
【図３】
2020006937.tif 000005
【図４】
2020006937.tif 000006
【図５】
2020006937.tif 000007
【図６】
2020006937.tif 000008
【図７】
2020006937.tif 000009
【図８】
2020006937.tif 000010
【図９】
2020006937.tif 000011
【図１０】
2020006937.tif 000012
【図１１】
2020006937.tif 000013
【図１２】
2020006937.tif 000014
【図１３】
2020006937.tif 000015
【図１４】
2020006937.tif 000016
【図１５】
2020006937.tif 000017
【図１６】
2020006937.tif 000018
【図１７】
2020006937.tif 000019
【外国語明細書】
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