复合材料自动铺丝轨迹规划

本文针对复合材料回转体类构件,提出了回转体构件自动铺丝轨迹规划算法。应用管道的数学模型,建立了基于三次样条插值的自动铺丝轨迹规划模型。首先探讨了通过三次样条插值对芯模中心线方程的求取,进而建立芯模参数曲面方程,最后提出适用于回转体类构件的铺丝路径生成算法。应用本文的研究成果,在MATLAB中完成实例验证。结论表明,该算法生成的铺丝轨迹能够满足实际铺丝的工艺要求和工程需要。     

连续纤维增强聚苯硫醚预浸料自动铺丝工艺与热塑性复合材料性能研究

针对连续纤维增强的聚苯硫醚(PPS)预浸料的结晶行为、基本工艺性能等进行了测试和研究,并系统开展了基于该预浸料的自动铺丝工艺研究。文章总结了不同工艺条件对材料的结晶的影响和控制方法。通过考察不同自动铺丝参数对铺放质量的影响,建立了可靠的工艺方法。并开展了双曲率结构典型制件的铺放实验,指出了自动铺丝技术的关键技术和发展方向。     

自动铺丝技术在大尺寸复合材料壁板上的应用研究

为实现大尺寸壁板铺丝技术的工程化应用,首先对国产高强中模热固性T800级单向带预浸料进行自动铺丝工艺参数及转弯半径获取实验,基于响应曲面法、最大黏接力原则确定该材料自动铺丝工艺参数窗口,以工艺规范作为评价标准,进行转弯半径铺丝实验,获取该材料最小转弯半径。其次,使用TORFIBER轨迹规划与仿真软件对大尺寸壁板零件进行铺丝轨迹规划,结合零件结构特征和材料特点,筛选最佳铺丝轨迹生成算法,对生成的铺丝路径进行局部优化调整以提高铺丝质量;最后,基于材料铺丝工艺参数窗口,使用M. TORRES龙门式铺丝机完成了零件的铺丝制造,零件铺丝后表面质量、固化后内部无损质量满足设计指标要求。     

构架式卫星接头自动铺丝的建模研究

自动铺丝技术以纤维缠绕和自动铺带为基础，它可以加工一些采用传统缠绕方法无法达到的构件。利用它具有能够加工复杂形体的特点，可以对构架式卫星接头进行铺丝加工。本文介绍了自动铺丝技术的优点，以及如何根据自动铺丝的特点，对构架式卫星接头进行建模和铺丝加工线型设计的研究。     

自动铺丝技术在民航复合材料的应用及发展

本文通过回顾自动铺丝成型技术出现及发展的历程,系统分析了自动铺丝成型的技术原理,参照国外相关技术的工程化应用案例以及专业技术发展趋势,探究自动铺丝技术特点,针对民航领域的各种典型结构复合材料进行了自动铺丝适用性分析,根据当前国内自动铺丝技术应用现状分析了未来工程化应用的重点发展方向,为复合材料自动铺丝技术的工程化应用推广提供技术参考。     

自动铺丝成型工艺参数优化

为提高自动铺丝成型技术的质量,分析了影响铺放质量的工艺参数主要有铺放温度、铺放压力以及铺放速率。综合考虑预浸丝与模具表面及其层间贴合情况,提出更为完善的铺放质量评价方法。利用该评价方法分别研究了以上工艺参数对于铺放质量的影响,发现随着铺放温度、压力的增加铺放质量先提升后降低;随着铺放速率的增加铺放质量呈下降趋势。最后利用响应曲面法得出,在本试验条件下的最优铺放工艺参数:铺放温度T为29.38℃、铺放压力F为11.65 N/mm、铺放速率v为84.34 mm/s。     

复合材料自动铺丝技术研究进展

先进复合材料自动铺丝技术在航空航天领域获得了广泛的应用。本文从自动铺丝机发展历程、自动铺丝工艺技术研究进展、自动铺丝CAD/CAM系统发展以及自动铺丝技术在航空航天领域大型构件上的具体应用出发,综述了国内外自动铺丝技术的研究进展,最后提出了复合材料自动铺丝技术未来研究发展的方向。本文的研究对于复合材料自动铺丝技术的工程实践以及实现复合材料结构“低成本、高性能”制造具备一定的研究意义。     

双曲率复合材料帽型加筋壁板自动化制造技术研究

具有大开口窗框、帽型长桁双扭曲爬坡结构特征的双曲率复合材料帽型加筋壁板是中后机身段曲率变化最大的部位。通过试验件制造开展了原材料智能仓储物流系统、自动铺丝和铺丝轨迹规划、自动铺带和热隔膜自动化成型帽型筋条、筋条定位、柔夹数控加工工艺性研究,文章验证了双曲率复合材料帽型加筋壁板的自动化制造技术的可行性。研究表明,双曲率复合材料帽型加筋壁板自动化制造技术能满足材料工艺要求和验收技术条件要求。     

自动铺放过程中预浸丝束宽度变化研究

碳纤维增强树脂基复合材料因其优异性能,在航空航天等领域得到广泛应用,其使用率已经成为装备先进性的重要指标。复合材料用量的大幅提升离不开自动铺丝技术的强力支撑。国内自动铺丝所采用的预浸丝束宽度尺寸有3.18mm、6.35mm和12.7mm三种规格,宽度和精度是预浸丝束重要的性能指标,它紧密影响预浸丝束的铺放效果,进而影响最终复合材料构件的性能。然而在实际铺放过程中,由于铺放工艺参数的不同,预浸丝束受到的应力亦不同,这样会导致丝束产生不同程度的横向变形。本文通过改变铺放过程中的工艺参数,探究不同铺放压力和铺放温度对预浸丝束宽度的影响,进而分析预浸丝束在铺放过程中宽度变化形成机理,研究对优化铺放工艺、提高构件质量具有指导意义。     

关于复杂类回转构件铺丝成型对刀策略的研究

针对复杂类回转构件的复合材料铺丝成型技术领域中的对刀问题展开研究工作。对刀的策略和精度是判断构件制造精度和决定复合材料铺放成型质量的关键因素。借助设置在铺丝头压辊处的激光测距探头,通过对位于模具上不同位置对刀点或校验点的探测,进行模具制造精度校核和对刀精准性判断。基于模具回转和探测数据,提出了针对一次性低成本模具和高精度可复用模具对刀点的设置方法以及对刀策略,利用该对刀策略进行S形飞机进气道的铺丝成型实验进行验证,实验表明该对刀策略可有效解决复杂类回转构件复合材料铺丝成型的对刀问题。     

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。     

双头铺放轨迹后处理技术研究

为提升自动铺放装备工作效率并提高铺丝机工作的灵活度,对双机器人协同的类转体构件铺丝成型技术进行研究,提出了一个满足协调约束的轨迹预选机制。在确定了双机器人横向移动的配合方案后,以机器人平台可达空间的限制作为约束条件,通过夹角控制对铺丝轨迹进行配对编码并验证。同时得到完整模具的轨迹分配方案,将CAD软件生成的铺放信息转化成机器人角度的加工文件。文中模型证明所提方法满足大型类回转体构件铺放生产的工艺要求,大大提高了铺放效率。     

复合材料风扇叶片成型关键技术探索研究

复合材料风扇叶片是商用大涵道比涡扇发动机的重要转动部件，其重量和性能将直接影响发动机的推重比和性能。复合材料风扇叶片具有结构复杂、受载工况恶劣、制造质量要求高等特点，为了提升国产商用航空发动机复合材料风扇叶片成型质量，针对复合材料风扇叶片成型工艺关键技术难点问题，从叶片模具设计与材料选用、大厚度榫头铺层设计与铺叠方法、固化工艺精细化控制及全型面拟合自适应加工等方面研究了制造工艺对叶片质量的影响，对比分析了不同工艺方法下叶片叶型尺寸、内部纤维取向、制造缺陷、随炉件力学性能水平的差异。结果表明，选用Invar钢作为模具材料，改善榫头铺层插入层的设置位置、数量和铺层顺序，精细化控制固化温度、压力等关键工艺参数，全型面拟合自适应加工等方法有效提高了叶片成型质量和尺寸符合性。     

自动纤维铺丝机的设计与实验研究

自动纤维铺丝是一种非常重要的复合材料自动化成型方法。提出了一种新型的纤维铺丝机的总体机构和控制系统方案,利用气缸为执行元件带动切刀和压辊,实现纤维的剪切和夹紧,构建以直线位移传感器为反馈元件的新型张力控制系统,同时设计一种基于主流的工控机(IPC)+运动控制器(UMAC)相结合的开放式控制系统方案,最后进行相关的铺丝实验。运行结果表明,各轴运动情况良好,控制系统整体运行稳定,各模块设计合理,达到了预期效果。     

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。     

基于响应曲面法的自动铺放工艺参数分析与优化

通过对自动铺带(Automated tape laying,ATL)成型工艺的分析,提出了一种新的铺放质量评分标准。采用响应曲面法(Response surface methodology,RSM)设计了铺放工艺参数优化实验,分析了热风温度、铺放压力和铺放速度各工艺参数及其交互作用对铺放质量的影响,建立了各工艺参数与铺放质量的二次多项式回归方程的预测模型。根据回归方程求得了最佳铺放质量下的工艺参数,以及可接受铺放质量下的最大铺放速度时的工艺条件,为自动铺带工艺参数的控制提供了参考。     

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。     

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。     

干铺丝预制体的液体成型工艺研究

为解决RTM类成型工艺中的预制体制备及定型问题,在国内率先开展对干铺丝-液体成型工艺的研究,主要研究内容为液体成型过程工艺参数影响机制及制件的力学性能。采用单因素法确定液体成型时预制体粘结剂含量、注胶温度、充模时间的影响机制,再通过正交法确定了最佳工艺组合,最后就层间剪切与弯曲性能与模压工艺进行比较。实验结果表明,液体成型过程中,树脂的流动充模会受到工艺参数不同程度的影响,注胶温度的影响最大,充模时间影响甚微,通过正确的工艺组合可以减少孔隙等缺陷,保证复合材料的内部质量。力学性能测试表明,干铺丝-液体成型工艺的力学性能水准与模压工艺持平,其中弯曲强度略有降低。     

复合材料层合板分层缺陷及其实验模拟方法研究

分层缺陷是复合材料构件热压罐成型过程中常见的一种缺陷形式,其种类繁多、成因复杂,严重影响了复合材料构件使用的可靠性。本文在归纳分层缺陷种类及成因分析的基础上,系统开展了分层缺陷实验模拟方法研究,并按照复合材料构件整体成型工艺温度制度考核了四种预埋分层缺陷的扩展情况。研究结果表明,埋入防粘纸产生的分层与实际的制造分层最为类似;埋入聚四氟乙烯薄膜与真空袋与上下两层的铺层结合成为一体形成夹杂缺陷,而不是分层;由于聚四氟乙烯布上有孔,也不宜用来模拟分层;同时,防粘纸最易引起分层扩展,对整体成型工艺质量的影响最大。