七、非热压罐成型技术在航空航天大型复合材料结构件中的应用取得重大突破

固化工艺作为树脂基复合材料构件最终成形必要的工序之一,对树脂基复合材料最终性能和其制造成本起着至关重要的作用。近几年,为克服热压罐固化工艺在成型复合材料构件时存在的能耗高、成形时间长、固化过程难以控制等工艺问题,以及复合材料构件大小受热压罐容积限制,且热压罐设备成本很高等设备问题,国外积极研发成本低廉、周期时间短的非热压罐固化成型工艺及装备技术。2014年,非热压罐固化成型技术在航空航天大型复合材料构件中的应用取得重大突破：非热压罐成型的直径5.5m运载火箭复合材料液氢贮箱成功通过性能测试;非热压罐成型技术首次用于飞机机身、机翼等主承力构件的批生产;开发出新型的自动铺带+非热压罐固化复合的工艺装备。     

大厚度复合材料构件固化成型技术的研究

大厚度构件的应用越来越广泛,常规方法固化大厚度复合材料构件时会产生大的温度迟滞、固化不均匀、中间过热、高残余应力和大变形等现象,为提高构件质量,从热压罐成型、模压成型、液体成型、电子束成型、微波成型等方面综述了固化大厚度复合材料构件的技术进展,分析了当前各种工艺技术固化大厚度时仍然存在的问题,然后对进一步研究大厚度复合材料构件固化成型技术的方向进行了展望,最后认为微波成型工艺能短周期、低能耗、高质量固化地大厚度复合材料构件是比较有潜力的解决方案之一。     

超长可收展豆荚杆连续成型过程工艺设计与验证

超长可卷绕收展薄壁大变形复合材料杆由于轻质、高收纳比功能,作为百米级大型空间展开结构的主支撑部件。开展了超长复合材料薄壁豆荚杆的连续固化成型技术研究,设计了半豆荚杆连续固化和全豆荚杆连续胶接成型的过程及设备。建立了成型过程过渡区的有限元分析模型,分析了豆荚杆展开-收拢过渡区长度对应力水平的影响,确定了成型过程过渡区的最小长度。依据连续固化过程的压力及脉动时间参数,对豆荚杆的固化成型设备进行了调试运行。通过17m超长豆荚杆样件的试制,验证了成型设备及过程的设计合理性。     

复合材料固化变形的产生机理及其影响因素

热压罐成型是目前航空航天先进复合材料构件的主要成型工艺之一。复合材料构件在热压罐成型过程中产生的变形是影响其成型精度的主要原因。国内外研究者在大量实验和数值研究的现有的基础上,对复合材料固化变形的成因以及影响因素获得了更加深入的理解,并提出了多种预测方法,取得了一定应用成果,为合理实施固化变形补偿、提高复合材料加工精度、降低加工成本提供了重要的理论依据。本文在总结了国内外复合材料固化变形领域研究进展的基础上,概述了固化变形的主要影响因素。     

复合材料J型高墙壁板的研制

采用热压罐成型工艺制造复合材料J型高墙壁板,对成型模具的设计进行了优化。采用已固化高墙-未固化帽形筋条和未固化壁板共胶接方案实现了帽形加筋J型高墙壁板结构的一次整体成型。采用三角填充区纤维成型模成型纤维束,有效控制了高墙的成型。采用硬模/软模配合的工装形式保证了帽形筋条的成型质量和外形尺寸。筋条定位工装和高墙定位工装的成型方案通过工艺效果评估,证明工艺方案切实可行,对壁板类结构整体工艺成型质量的控制具有指导意义。     

复合材料缠绕成型技术的多样化发展

近年来,纤维缠绕复合材料制作关键环节包括芯模、固化工艺以及固化加压方式等呈多样化发展趋势,促使纤维缠绕成型工艺应用范围日趋扩大,介绍了纤维缠绕成型工艺芯模、固化工艺及固化加压方式多样化发展的现状.     

U形双曲率蒙皮加筋复合材料构件成型工艺研究

主要介绍了U形双曲率蒙皮加筋复合材料构件的结构特点和工程要求,并从复合材料构件的成型工艺、胶接夹具的结构、复合材料构件的加热加压工艺等方面进行了分析研究,证明了采用二次胶接工艺、自适应定位的胶接夹具、固化炉加热机械加压工艺能够满足U形双曲率蒙皮加筋复合材料构件的工程要求,可为类似结构复合材料构件的研制提供工程应用经验.     

碳纤维复合材料波纹板构件成型工艺研究

碳纤维复合材料产品具有轻质、高强度、高刚度等特点,电子工业广泛采用碳纤维复合材料制造结构件及结构功能件。文中利用3236/T300高性能碳纤维预浸料制造波纹板构件,对碳纤维波纹板构件的热压罐成型方法和模压整体成型方法分别进行了研究,详细论述了热压罐成型方法和模压整体成型方法的工艺试验过程。结果表明,利用模压整体成型法制造的波纹板构件在外观表面质量和精度上满足设计要求,解决了热压罐法中支撑垫块和波纹板装配的瓶颈问题,同时详细论述了模压成型法制造的全过程及工艺控制参数。     

校验对中温固化楔形蜂窝夹芯结构复材制件的影响

针对夹芯结构复材制件采用热压罐进罐加压、加温校验过程中表面出现的蜂窝芯开裂、收缩变形等缺陷问题,分析校验过程中不同固化压力对蜂窝芯的变形影响,研究了校验时校验材料铺放的改进方案和固化压力的改进方案,并最终确定进罐校验的固化参数和校验过程的组装方法。为减少分步胶接成型的夹芯结构复材制件多次进罐给蜂窝芯带来的损伤,提出了一种新的常温校验方法,分析在净化间环境下采用预抽方式,通过试验验证考察了不同预抽时间对校验膜的影响。结果得出该常温校验方法有效、校验压痕均匀、清晰可见,可用于楔形结构蜂窝夹芯复材制件分步胶接成型前的校验。     

复合材料发动机衬管热压罐成型工艺研究

为了提高固体火箭发动机衬管耐高温、耐冲刷的能力,解决发动机壳体烧蚀问题,对其复合材料衬管进行了热压罐成型工艺研究。优化其预浸料制备、缠绕预成型和热压罐固化成型等工艺过程及工艺参数,并对生产的衬管进行材料物理性能和力学性能检测,对装配发动机进行发动机使用性能的考核试验。试验结果表明,按热压罐成型工艺生产的复合材料衬管完全能够满足其材料性能要求和发动机的使用性能及质量要求,圆满解决了发动机耐烧蚀的关键技术问题。     

碳纤维复合材料弯曲撑杆成型工艺技术

对碳纤维复合材料弯曲撑杆的成型工艺方法进行了试验研究,比较分析了几种方法的优缺点。分别研究了辅层设计、吸胶工艺、热缩工艺,采用了预浸料辅层——热压罐固化工艺,制品具有厚度均匀、表面光滑平整的优点。     

复合材料压力容器的性能分析

压力容器是承压设备,应用广泛但存在很大危险性,压力容器材料选取是设计中的重要步骤,对容器后期的使用起着决定性作用,材料的机械强度和耐腐蚀性等都会影响压力容器的使用状况.工业技术的提高迫切唼求压力容器能够在更苛刻的条件下具有更优良的性能.筒述了复合材料压力容器的特点、设计制造现状,提出了相关应力分布计算方法,叙述了引起复合材料压力容器失效的主观因素和客观因素,指出复合材料压力容器分析仍处于初步阶段,对复合材料压力容器的研究具有一定的参考价值.     

一种快速制作栅格天线的新型解决方案

文中以一种树脂基碳纤维复合材料栅格天线反射面的制作成型为研究对象,详细阐述了该反射面成型后脱模模具工装的设计及成型方案。该栅格反射面所使用的主要材料为东丽公司的T700,基体为3234树脂体系。通过对复合材料模具的设计制作及使用、复杂复合材料制品二次脱模等方面的研究,提出了用球墨铸铁及碳纤维复合材料制造模具、采用真空袋热压罐成型工艺的新型解决方案。结果表明：与传统金属模具相比,在较大温差下复合材料模具具有尺寸精度更稳定、制作更简便、重量更轻等优势;利用复合材料过渡模具实现栅格反射面二次脱模可以大大提高生产效率。该方法对此类栅格反射面的制作具有指导意义。     

树脂基复合材料发动机机架结构研究

采用树脂基复合材料,对发动机机架的结构进行了设计,对结构进行了材料工艺及静强度试验研究。在设计分析的基础上,对纤维和树脂基体的筛选、优化进行了研究,对复合材料的基本力学性能和疲劳老化性能进行了研究。最后对大部件复合材料固化成型的工艺参数进行了优化,开展了机架结构连接方式和相关接头加工技术可行性研究。本文对树脂基复合材料在航天主承力结构上的应用进行了初步的探索和研究。     

大型中空异形变截面复合材料的成型工艺研究

针对大型中空异形变截面复合材料的大长径比、中空、异形、变截面、变壁厚等特殊结构的成型工艺进行研究。根据复合材料的结构和选材分析,确定成型工艺路线和成型工艺参数。通过试验件的试验验证,结合成型质量分析发现,延长树脂流动段和后固化阶段的保温时间,并减小复合材料内部的温度梯度,可以有效提升树脂的固化程度并降低成型过程中的内应力。对工艺参数进行优化后,复合材料内部的分层与孔隙缺陷情况明显改善,缺陷尺寸在长度和宽度方向分别减少至15.6%和24.9%,有效改善了大型中空异形变截面复合材料的成型质量。     

基于有限元分析法的复合材料球头销成型过程仿真优化——评《压力容器全模型ANSYS分析与强度计算新规范》

<正>《压力容器全模型ANSYS分析与强度计算新规范》(栾春远著,水利水电出版社,2012年6月版)一书在《压力容器ANSYS分析与强度计算》的基础上,强调了复合材料强度计算体系的重要性,且完全沿用俄罗斯联邦国家的应用标准,对有限元法则进行改进性设计,并辅以大量小结例题,用于加深读者的理解性记忆。自2008年以来,国家就颁布了相关规定律法,压力容器、复合材料、强度配件等设备的制造,必须严格遵循FOCTP52857.1—.12—2007中的尺寸要求,不得以任何形式更改圆筒球形封头或对接管相贯区的定义数值,并明令禁止任何违反压力载荷循环条例加工行为的出现。而球头销作为重要的压力容器元件,被广泛应用于独立悬架系统等多个生产加工领域,常借助推力杆、控制臂等设备与其它部件结构相连,其最主要功能就是实现全模型复合材料的跳动及转向运动行为。     

树脂基复合材料发动机机架结构研究

采用树脂基复合材料,对发动机执架的结构进行了设计,对结构进行了材料工艺及静强度试验研究.在设计分析的基础上,对纤维和树脂基体的筛选、优化进行了研究,对复合材料的基本力学性能和疲劳老化性能进行了研究.最后对大部件复合材料固化成型的工艺参数进行了优化,开展了机架结构连接方式和相关接头加工技术可行性研究.本文对树脂基复合材料在航天主承力结构上的应用进行了初步的探索和研究.     

陶瓷零件快速成型机铺料机构的PLC控制

简述了陶瓷零件快速成型设备的发展状况,介绍了基于陶瓷零件层合速凝技术所设计的一种陶瓷零件快速成型设备铺料机构的基本结构,工艺流程和工作原理,设计了该设备铺料机构PLC控制系统.该系统般入运行良好,满足了产品自动化生产的要求,提高了工作效率.     

浅谈复合材料压力容器的性能

压力容器的使用范围很广泛,但因为其是一种承压设备,在使用过程中具有很大的危险性,在压力容器的设计过程中,选用合理的压力容器材料是其设计中的关键步骤,这对后期容器的性能起到了决定性的作用,所选材料的耐腐蚀性及机械强度都会对压力容器的使用状况造成影响,随着工业水平的提高,对压力容器的性能参数有了更为苛刻的要求。通过阐述压力容器的设计制造现状及特点,提出相关的应力分布计算方法,分析造成复合材料压力容器失效的主客观因素,对复合材料压力容器的设计制造具有一定的参考作用。     

纤维缠绕复合材料压力容器健康监测研究进展

阐述了纤维缠绕复合材料压力容器健康监测传感器的特点和原理，对纤维缠绕复合材料结构健康监测工作中的固化过程监测、服役环境监测、内压和结构应变监测、损伤监测、爆破压力监测、泄漏监测进行了介绍和比较。最后，对纤维缠绕复合材料结构健康监测工作进行了展望，并提出了几点建议。