复合材料带曲率C型梁热隔膜预成型试验与仿真分析

随着复合材料自动铺带和铺丝技术的成熟,并且广泛应用于复合材料结构的生产与制造。通过与铺带或铺丝技术相结合使得复合材料热隔膜预成型技术成为制作L型、C型,Z型等细长零件的重要手段,此种方式可以减少大量的人工操作,并且能够用于实现自动化工业生产。复合材料热隔膜预成型是一个使预浸料叠层变形的复杂过程,本文对带曲率C型梁的预成型过程进行仿真分析,首先通过试验得到预浸料铺层间摩擦系数,然后对湿态预浸料的力学性能进行测试。利用测试得到参数,采用有限元方法对C型梁预成型过程中铺层间的滑移进行模拟得到了铺层变形后的褶皱缺陷。通过专用的热隔膜成型设备对C型梁预成型进行试验研究,将试验结果与仿真结果进行对比分析,验证了预成型仿真手段的可行性,为后续热隔膜预成型过程中的参数优化提供指导。     

多因素作用下自动铺丝预浸料黏性变化规律

自动铺丝工艺是一种先进复合材料低成本、自动化成型制造工艺,其通常应用于制造飞机机身、S型进气道等大曲率复合材料构件。铺丝过程中,预浸料丝束黏性对铺丝产品最终质量有较大影响。一方面,丝束黏性不能过低,以保证预浸料之间顺利贴合。另一方面,丝束黏性也不能过高,以便于铺层失败时进行修改。目前,预浸料黏性评价方法以90°剥离试验与180°剥离试验为主,其主要针对自动铺带工艺中较宽的预浸带。前期初步试验表明,采用单丝束剥离试验法检测自动铺丝工艺中预浸料黏性时,数据会产生较大波动,无法满足相关检测要求。有鉴于此,本文首先建立自动铺丝预浸料黏性的检测准则,提出采用两丝束180°剥离试验检测预浸料黏性,然后基于该准则研究铺放压力、铺放速度、铺放温度、老化时间影响下丝束黏性的变化规律。     

预浸料的铺放适宜性评价(一)——粘性篇

在自动铺带成型过程中,粘性和铺覆性是用于描述预浸料是否适合铺贴的两个重要因素,将粘性和铺覆性分别独立地研究能更好地理解预浸料的铺放适宜性。本文主要是针对预浸料的粘性进行探索,论述了预浸料粘性的物理意义,总结了当前国内外预浸料粘性的测量及表征方法,提出了以"平均剥离力"定量表征预浸料的粘性,并在自主搭建的试验平台上,研究了自动铺带成型过程中的主要工艺参数(取出时间、铺放压力、铺放速率、热风温度等)对预浸料粘性的影响。实验结果表明,在一定范围内,预浸料的粘性随取出时间先增大后减小,而随铺放压力的增加、铺放速率的减小、热风温度的升高而增大,为自动铺带工艺参数的控制提供了参考。     

复合材料层压板的变形:树脂基体、增强纤维与非对称正交铺层变形的关系

主要研究了复合材料层压板的变形情况。分别选取环氧、苯并嗯嗪为基体,以特定型号的预浸料为材料,选取不对称铺[0／0／90／90]条件,用ANSYS软件模拟复合材料层压板变形情况,与实际不对称层合板变形情况对比,分析树脂基体、增强纤维和非对称铺层与复合材料变形之间的关系。结果表明,不同的树脂基体材料和不同的铺层设计对非对称正交铺层复合材料层压板的变形情况有影响。     

预浸料的铺放适宜性评价(二)——铺覆性篇

在自动铺带成型过程中,粘性和铺覆性是用于描述预浸料是否适合铺贴的两个重要因素,将粘性和铺覆性分别独立地研究能更好地理解预浸料的铺放适宜性。本文主要针对预浸料的铺覆性进行了探索,论述了铺覆性的含义并总结了现有的预浸料铺覆性的定量表征方法,提出了以"最大弯曲力"定量表征预浸料的铺覆性,并通过三点弯曲试验研究了预浸料的粘弹性特征及自动铺带成型过程中的主要工艺参数(铺放速率、湿度、热风温度、老化时间等)对预浸料铺覆性的影响。实验结果表明,预浸料的铺覆性会随热风温度和湿度的升高而提高,随着老化时间和铺放速率的增加而减小。最后总结了铺覆性实验的工程意义,为自动铺带工艺参数的控制提供了参考。     

复合材料在航空发动机风扇叶片上的应用综述

大涵道比涡扇发动机为不断减重,大量使用复合材料风扇叶片。本文综述了复合材料风扇叶片的发展与应用情况,总结了叶片各制造工艺的特点,包括预浸料手工铺放/热压罐固化成型工艺、预浸料自动铺丝/热压罐固化成型工艺、三维机织碳纤维增强树脂传递模塑(RTM)成型工艺。复合材料风扇叶片的制造工艺正朝着自动化、高精度的方向发展。     

基于遍历法的开放曲面铺丝轨迹规划

根据自动铺丝对于铺放轨迹的要求分析了轨迹规划过程中的影响因素。将网格化曲面的方法运用到主应力法中,充分发挥网格化法便于计算的优势。基于铺层设计所得的离散点的铺放角度信息来生成铺丝轨迹。提出了自左向右遍历型面求轨迹的算法且重点讨论了轨迹规划起始点的选取及边界处铺放轨迹的求取方法。引入重合度以对纤维的重合和离缝程度加以控制,使得预浸料能够按要求铺满型面。在基于VC++开发的轨迹规划软件上对算法进行验证,证明了该算法的可行性。     

高超音速弹用承载/烧蚀一体化复合材料弹翼研究

本文针对某型导弹的复合材料弹翼结构进行了设计,根据其耐烧蚀性能及刚度性能要求,提出外层铺放一层耐烧蚀功能层材料,内层铺放承载层材料,功能层与承载层采用共固化的模压成型工艺方案。通过烧蚀试验证明硼酚醛树脂的耐烧蚀性能较好,因此采用硼酚醛树脂预浸料作为弹翼功能层,以环氧树脂预浸料作为承载层;制备弹翼,对其进行烧蚀及力学性能试验,结果均满足要求;通过ABAQUS有限元分析软件,对弹翼力学性能进行数值模拟,最大变形量位于弹翼后上部,仿真结果与试验结果吻合较好,误差率为6.47%。与传统铝合金弹翼进行对比,采用复合材料弹翼可以减重42.8%,优势明显。     

关于若干工艺参数对铺带质量影响的研究

为分析自动铺带成型过程中铺放压力、铺放温度及铺放速度各工艺参数对铺放质量的影响,进而预测铺带过程中预浸带的形变,对带变形和带间隙进行微调控制以保证产品质量,本文在南航自行研制的自动铺带机上进行了一系列实验,并以预浸带黏性流动公式分析探讨了各因素的影响。研究结果表明,随着铺放温度的升高、铺放压力的增加和铺放速度的减小,预浸带变形量增加,带间隙减小,符合以预浸带黏性流动公式为基础的理论分析。     

复合材料锥壳固定角轨迹的铺放工艺性分析

为研究复合材料锥壳固定角自动铺丝轨迹的铺放工艺性,通过分析预浸纱变形的主要机制,提出以预浸纱的压缩应变作为铺放工艺性的评判标准,发现预浸纱压缩应变主要由轨迹的测地曲率决定,于是通过证明圆锥对数螺线与固定角轨迹的等价性,推导得到圆锥对数螺线的测地曲率计算公式。通过研究预浸纱压缩应变随圆锥截面直径的变化关系,发现圆锥固定角轨迹上预浸纱的压缩应变随着圆锥截面直径的减小而增大,同一截面处预浸纱的压缩应变随着铺放角的增大而增大,同一截面处预浸纱的压缩应变随着锥角的增大而增大。最后,以X850预浸纱进行铺放实验,验证了本文观点的正确性。     

复合材料数字化技术的研究进展与应用

综述了国内外复合材料数字化技术的研究进展,指出了国内数字化技术与国外发达国家存在的差距.从复合材料工装数字化设计、预浸料自动下料、激光铺层定位、纤维自动铺放和自动化无损检测等方面介绍了复合材料数字化技术的应用.     

复合材料的无吸胶成型工艺

一、序 言 预浸料是制造复合材料的中间材料。预浸料性能的好坏,将直接影响复合材料的质量。根据树脂系统的特点、预浸料制备的质量要求以及复合材料成型工艺过程中控制质量的某些     

纤维铺放技术

纤维铺放技术是在纤维缠绕和带铺放技术之后出现的一种新的先进复合材料成型技术。其工艺是在纤维铺放机上把纤维平行集束成纤维带后制成多个预浸丝束,并通过纤维铺放机铺放头上的压头,把预浸丝束铺压到芯模或模具表面上。     

帽形长桁先进拉挤预成型技术研究

针对帽形长桁先进拉挤成型工艺,为了确保平直的预浸料层组在预成型的连续弯曲变形过程中不发生褶皱和劈裂,对预成型的变形过程进行分析,设计制造了预成型模具来约束预浸料的变形轨迹,分析制定了预成型工艺,并进行长桁试制实验验证。实验制得的长桁表面质量优异,截面R角区无褶皱等缺陷,满足产品要求,为帽形长桁的先进拉挤成型奠定了基础。     

连续碳纤维增强聚苯硫醚预浸料层间滑移行为研究

层间滑移是热塑性复合材料零件热变形工艺的重要成型机制,对预浸料层间滑移行为的研究是热变形成型复合材料零件的褶皱缺陷预测和控制的基础。本文研究了连续碳纤维/聚苯硫醚预浸料热变形成型中的滑移行为,采用自行设计制作的测试系统,对缎纹织物预浸料、单向预浸料的滑移行为进行了表征,并考虑了温度、法向压力、速度对滑移行为的影响。结果表明提高试验温度、降低拉动速度和法向压力,都有利于纤维的运动,促进预浸料的层间滑移变形。采用Stribeck模型对连续碳纤维/聚苯硫醚预浸料的层间摩擦系数进行预测并与实验结果进行对比,结果表明赫西数与摩擦系数之间存在线性关系。     

基于OpenGL的圆筒段自动铺带仿真研究

根据自动铺带机工作原理,分析自动铺带机仿真模型的构建、预浸带的绘制、开口圆筒芯模上轨迹规划算法及铺放过程的动态显示等。在MFC环境下,编制基于OpenGL技术的自动铺带仿真软件,实现对筒形体构件铺放过程的三维动态加工模拟,结果对研究铺放路径及实际的铺带工艺等具有重要参考价值。     

复合材料用预浸料

１预浸料的基本概念预浸料是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续纤维或织物,制成树脂基体与增强体的组合物,是制造复合材料的中间材料。它的一些性质直接带入复合材料中,是复合材料的基础。复合材料的性能在很大程度上取决于预浸料的性能。对于复合材料设计师来说,预浸料是具有一定力学性能的结构单元,可用以进行结构设计。对于复合材料工艺工程师而言,预浸料是制造结构的原料,可直接用以制造各种复合材料构件。预浸料的优劣关系到复合材料的质量。因此,预浸料对复合材料的应用和发展具有重要意义。预浸料从４０年代末期开始采用…     

德国公司开发碳纤维预浸料补丁铺放系统实现3D净预成型

正德国Cevotec公司成功开发了适用于热固性预浸料的SAMBA系列补丁铺放系统。该公司称,其开发的应用于三维几何外形碳纤维复合材料部件的自动铺放技术,能够满足大规模、小批量或原型件的生产需求。像已有的SAMBA系列生产系统一样,SAMBA预浸料生产单元包含激光切割、精确相机控制纤维铺放和快速简便的工装切换系统。其他特点包括冷却材料     

自动铺丝构件缺陷形成机理的研究进展

自动铺丝是一种重要的复合材料自动化成型方法,可实现连续变角度铺放,适合大曲率复杂构件的制造,但成型质量受到了多种工艺参数的影响。本文从自动铺丝预浸料的粘弹性和流动性、结晶度、铺层的层间剪切强度、残余热应力以及最大弯曲力等方面对自动铺丝构件成型缺陷的形成进行了表征和机理分析;给出了影响构件成型缺陷的工艺参数,并总结了工艺参数优化方法的研究进展。最后,对自动铺丝构件成型缺陷形成机理的未来研究方向进行了展望。     

玻纤增强热塑性复合材料公路护栏应用技术开发

采用连续纤维增强聚丙烯热塑性复合材料替代钢材应用在公路护栏具有耐腐蚀、优异的碰撞安全性、可回收等优势。设计开发了连续生产工艺制造公路护栏的材料和方法,试验分析了单向热塑性预浸料的铺层角度和铺层顺序对护栏力学性能的影响,运用有限元仿真模拟和实车碰撞的测试方法优化了护栏板结构参数。结果显示,上下沿高度分别为950和400 mm的复合材料护栏具有优良的碰撞安全性能,达到A级护栏的安全性能指标。