[工程应用]纤维增强树脂基复合材料增材制造技术与装备研究

在综述纤维增强树脂基复合材料增材制造技术的国内外研究现状基础上,分析了短纤维、长纤维、连续纤维增强树脂基复合材料的成形方法、工艺及性能。针对高性能的连续纤维增强树脂基复合材料的增材制造成形,研究了连续纤维增材制造成形机理及工艺,揭示了其成形性能的影响规律。指出了纤维增强树脂基复合材料增材制造技术与装备的未来发展趋势：亟需开展纤维增强复合材料的增材制造成形机理、成形工艺及装备研究,更好地推进纤维增强树脂基复合材料的广泛应用。     

纤维增强树脂基复合材料增材制造技术与装备研究

在综述纤维增强树脂基复合材料增材制造技术的国内外研究现状基础上,分析了短纤维、长纤维、连续纤维增强树脂基复合材料的成形方法、工艺及性能。针对高性能的连续纤维增强树脂基复合材料的增材制造成形,研究了连续纤维增材制造成形机理及工艺,揭示了其成形性能的影响规律。指出了纤维增强树脂基复合材料增材制造技术与装备的未来发展趋势:亟需开展纤维增强复合材料的增材制造成形机理、成形工艺及装备研究,更好地推进纤维增强树脂基复合材料的广泛应用。     

基于激光原位预热的连续纤维增材制造层间强化机理研究

连续纤维复合材料增材制造具有成形自由度高、材料利用率高、模具依赖度低等优点,能够实现复合材料的快速低成本一体化制造,满足航空航天等领域复材构件短周期高性能的成形需求。但基于层层堆积成形原理的连续纤维复合材料制件层间性能较差,在长期使役过程中极易出现分层失效,严重限制其广泛应用。本研究提出了基于激光原位预热的连续纤维增材制造成形方法,通过建立基于“生死单元”技术的有限元仿真模型,揭示了激光预热对增材制造成形温度分布及其演变规律,并通过实验验证了其对改善成形制件层间性能的有效性,最终获得了激光预热的层间强化机理。结果表明,激光预热能够快速加热样件表面温度,促进层间树脂的熔合粘接,并进一步促进成形丝材的重熔浸渍,相较于未经预热样件,激光预热后层间剪切强度最大提升115%。     

碳纤维复合材料汽车传动轴设计与振动特性分析

汽车传动轴是车辆传动系统中的重要部件,在汽车运行中承担传递转矩的任务。从理论出发设计了碳纤维复合材料汽车传动轴,并通过理论-有限元-实验三者结合的方法对设计的某类汽车传动轴进行了详细的分析,论述了碳纤维汽车传动轴的优异性能。结果表明,运用碳纤维复合材料传动轴设计制造的一体式汽车用复合材料传动轴在满足强度需求的同时,其最低临界转速远高于实际转速需求,为车身的安全性与舒适性提供了保障。此外,通过Abaqus有限元软件对设计传动轴振型进行了理论计算,得出了传动轴振型图像以及振幅数值,并通过实验测量出了实际临界转速,为复合材料传动轴设计与运用提供依据。     

纤维增强复合材料低压涡轮轴强度分析设计

研究连续纤维增强复合材料低压涡轮轴结构在扭转载荷作用下的静强度分析设计问题。以Ti-6-4/SC6为有限元模型结构材料,以复合材料层合板理论为基本力学理论基础,以蔡-吴强度失效准则为判定依据。对不同复合材料轴结构进行强度分析及失效判定。以某型航空发动机低压涡轮轴为基础模型进行有限元建模。通过"复材轴"和"分段轴"两种复合材料轴结构模型对复合材料铺层、铺角对轴结构力学性能及强度影响规律进行研究。以"复材轴"模型结构研究±45°与+45°两种普遍铺层方案的优劣,在研究"复材轴"铺层方案的基础上,以±45°铺层方案研究"复材轴"和"分段轴"及传统钛合金轴静强度性能对比。最后从工程实际角度针对"分段轴"给出提高强度的两种措施。     

大尺寸碳纤维复合材料飞机蒙皮构件 精密水切割装备的研制

碳纤维复材是典型的难加工材料,碳纤维复材飞机蒙皮构件的高质高效切削铣边技术是国内外航空先进制造技术研究热点。探讨了碳纤维复材的超高压水切割机理,分析了大尺寸碳纤维复材飞机蒙皮构件精密水切割装备的设计难点,阐述了500 MPa压力级水射流机组、五轴联动水切割机床、浮动点阵柔性托架、水刀头机构、数控系统等部件的关键技术,经过方向舵蒙皮精密水切割试验表明符合相关加工要求。     

复合材料传动轴固化成形的变形预测与补偿

复合材料传动轴在飞机、汽车等领域的应用范围越来越广,但是在实际生产中,为了保证复合材料传动轴的几何形状,通常需要经过切削加工才能达到精度要求,严重影响了传动轴的强度和疲劳寿命。针对某直升机复合材料传动轴的固化变形问题进行了深入研究,提出了一种基于变形预测及芯模反向补偿的复合材料传动轴精准成形方法,有效避免了切削复合材料纤维的问题,即首先利用ABAQUS软件对传动轴进行变形仿真,在得到构件变形量的基础上对传动轴芯模部分进行反向补偿,成形后直接得到符合精度要求的传动轴,该方法在实际生产中得到了有效验证。     

碳纤维复合材料传动轴临界转速分析

碳纤维复合材料拥有强度高、耐腐蚀、抗疲劳、减振性良好的特点,目前已广泛应用在工业制造领域。碳纤维复合材料的使用可以减轻传动轴的重量,降低维护费用和振动噪音,并提高其临界转速。本文以传动轴临界转速作为研究对象,结合传动轴剧烈振动故障案例和结构设计分析碳纤维复合材料传动轴的临界转速。     

复合材料的铺层展开技术研究

纤维增强复合材料由于其优良性能,在航空领域有了越来越广泛的应用。但是复杂曲面铺层的区域划分以及剪口处理技术、铺层曲面的展开技术、数控下料技术等关键技术尚未得到很好解决,因此复合材料设计制造的数字化程度不高。本文主要针对复合材料制造过程中的复杂曲面展开问题进行了相关的研究工作,根据复合材料铺层时的变形特点提出了一种可用的双基线铺层展开方法。     

树脂基碳纤维复合材料栅格天线反射面制造技术

介绍了树脂基碳纤维复合材料(CFRP)栅格天线反射面的制造技术.纤维采用日本东丽公司的T700,基体为3234树脂体系,采用球墨铸铁制造模具,真空袋热压罐成型工艺.通过认真的工艺研究,突破了模具设计与制造、铺层设计、成型工艺等关键技术,制造的栅格天线反射面栅格条宽度和厚度均匀,外表光洁,型面精度高,满足了设计要求.