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。     

大型风机复合材料叶片铺层优化设计

本文的主要研究内容是基于遗传算法对大型风机复合材料叶片进行铺层优化设计,对其进行优化设计必须建立在深入理解力学原理,熟悉掌握数值计算方法的基础上。因此,在深入研究单层复合材料以及叠层复合材料的弹性特征理论基础和改进的遗传算法优化理论之后,参考了一定的铺层规则,在铺层角度限制为工程中常用的四种角度的前提下,应用遗传算法对大型风机复合材料叶片进行了铺层优化设计。设计结果表明,由于遗传算法特有的处理离散型问题的优势,在叶片铺层的优化设计中应用遗传算法是可行和可信的。     

复合材料层合结构的铺层优化

本文采用最速下降法，对复合材料层合圆柱壳体受外压作用的铺层进行了优化。优化结果表明：在受外压作用下，层合圆柱壳体的铺层有最优化方案，且完全能在实际中实现。对于其他形状的结构和承受其他载荷的情况，只需改变指标函数即可用此方法获得优化铺层。     

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。     

复合材料夹芯板材用多功能铺层工艺装备设计研究

研究设计了一种多功能铺层工艺装备,解决了当前人工操作过程中的铺层翻面和转运问题,提高了复合材料夹芯板材生产线的自动化程度,降低了劳动强度,提高了生产效率,并为复合材料行业的工艺装备研制提供了可借鉴的解决思路。     

雷达罩复合材料铺层计算的数学方法

雷达罩复合材料的铺层设计直接关系到雷达罩复合材料的强度,现行的商用软件需要依赖结构铺层设计才能实现仿真分析,要针对结构铺层分别划网格、建模型,铺层设计的灵活性、通用性差。采用几何学原理和数据编程处理方法,将雷达罩纤维织物复合材料的平面经纬向依据不同的起始铺层角度并结合三维空间几何转换确定其在三维雷达罩模型上的实际方向,进行雷达罩复合材料铺层设计,将复合材料铺层方向投影到空间雷达罩复合材料的有限元模型中,确定复合材料的铺层角,将铺层设计显性化、通用化,并且增加复合材料铺层计算的灵活性,突破各种软件的约束。     

不同铺层复合材料螺栓连接的研究

实验研究了在E/D=4(边距/孔径),W/D=5(宽度/孔径)的3种铺层[90/+45/-45/0]s,[90/0/+45/-45]s,[+45/-45/90/0]s的玻璃纤维/环氧复合材料试样在不同的扭矩和垫片尺寸(外径(Dw)/内径(D))下的静态破坏强度。实验结果表明,试样破坏强度随夹持力增大而增大,但增加趋势不断减弱,在5Nm扭矩下三种铺层的强度分别比其销钉连接增大175%,196%,141%;在销钉连接下,[90/+45/-45/0]s铺层强度比[90/0/+45/-45]s铺层高12.7%,[+45/-45/90/0]s铺层强度比[90/+45/-45/0]s铺层高10.8%;在手动拧紧下[90/+45/-45/0]s铺层强度比[90/0/+45/-45]s铺层高3.5%,而[+45/-45/90/0]s铺层强度比[90/+45/-45/0]s铺层高0.37%;垫圈的外内径比在2～3范围内,试样强度伴随外内径比的增大而增大,在3～4时,强度变化很小。     

复合材料声呐导流罩铺层的遗传算法优化设计

以复合材料力学经典层合板理论为基础,利用MATLAB编程联合ANSYS有限元分析,建立了复合材料声呐导流罩铺层结构优化平台。首先对单向载荷下的层合板铺层结构进行优化,并和实验结果相比较,验证了该优化平台的有效性。结果表明,优化后的层合板强度有了较大提高。在此基础之上,根据水下实际载荷工况,对声呐导流罩的铺层进行了优化设计,并利用ANSYS有限元分析对优化后的铺层进行应力应变分析。结果表明,声呐导流罩强度性能显著提高,实现了声呐导流罩铺层的优化设计。     

复合材料铺层曲面铺设仿真技术

本文提出了一种平面二维复合材料纤维垫铺设到三维自由曲面的铺设模拟算法.针对复合材料铺层在铺设过程中随剪切角变化而出现的非线性剪切力的特性,在这里我们采用了一种非线性对角弹簧模型,该模型能精确描述材料在铺设过程中的剪切力学性能.该方法可以预测出纤维垫在自由曲面上铺设时可能会产生缺陷的区域并可快速得到复合材料铺层的展开外形.本文所提出的方法解决了有限元方法中计算时间过长的问题,为快速确定复合材料铺层外形提供了一种有效可行的方法.     

基于改进双种群遗传算法的复合材料层合板铺层优化设计

针对复合材料层合板铺层优化设计过程中易出现的算法早熟及收敛慢的问题,结合多种群遗传算法和自适应遗传算法,提出一种引入自适应算子的改进双种群遗传算法。在算法过程中以对称复合材料层合板为例进行验证,通过Patran建立有限元初始模型,采用Matlab编写遗传算法主程序及数据传递程序,实现对Nastran的输入输出文件的读写,并在以Tsai-Wu准则为基础确立的适应度函数下,对复合材料层合板的铺层顺序进行优化。对比传统遗传算法,结果表明该改进算法能够明显提高优化效率,并能够有效收敛于全局最优解,对解决复合材料结构优化设计问题有一定的指导意义。     

风机叶片涂层微观结构与动态力学性能研究

通过分析风机叶片工作环境特征和叶片基材结构破坏机理,研究风机叶片涂膜的主要性能需求。试验中通过动态力学分析(DMA)储存模量、损耗模量和玻璃化温度的变化与涂膜的宏观机械力学性能相结合,探讨了叶片涂层微观结构、理化性质和力学性能之间的关系。     

复合材料桨叶表面缺陷改进分析

直升机主桨叶主要是由复合材料制造而成,桨叶在成型过程中固化温度是直接的影响因素。本文重点研究固化温度对桨叶的性能产生的影响,对桨叶"凹陷"产生机理进行分析,对已成型桨叶修理方法研究,以及对现有材料性能指标下,通过工艺补片的方法来提高桨叶的高温抗压强度、高温抗压模量来解决桨叶"凹陷"问题,来满足桨叶的使用性能要求,同时对桨叶的固化成型的最佳固化时间进行研究,来确定桨叶在成型过程中温度的变化情况,解决了国产复合材料高温性能方面的问题,并进行装机验证。     

风力发电机组风机叶片涂料的研究

根据风力发电机组运行环境的特点对风机叶片涂料的性能要求及使用年限和外界环境对其破坏程度的掌握,研制了风力发电机组风机叶片涂料,并阐述了其配套方案、技术指标、施工工艺及该系列配套体系的应用与推广。     

基于UG的风叶注塑模设计

根据风叶塑料件的尺寸结构特点,对风叶进行成型工艺分析,应用UG Mold Wizard模块完成了塑料件的分型设计及装配图设计。针对原有模具加工成型时出现的问题,重点对浇注系统、推出机构进行了结构改进,设计了环形浇口和瓦型推杆。为了提高工作零件加工制造的精度,型芯、型腔采用了镶拼组合式结构。生产实践证明,改进后的模具成型效果较好,推出机构灵活可靠,产品质量与合格率大大提升。     

比例阀控制电液执行机构在主风机导叶系统的应用

在主风机调节系统导叶执行机构技术改造中采用比例阀控制电液执行机构,以解决伺服阀堵塞及油温高的问题。改造方案为：①液压缸油路由开环控制改为闭环控制;②伺服阀执行机构改为比例阀控制;③液压系统采用压力循环控制。论述了技改后PLC控制系统和联锁控制系统的特点、优势以及液压控制系统的工作原理;从生产使用和经济效益方面总结了改造效果。     

基于CATIA的复合材料结构优化设计

简述了CATIA软件在复合材料结构设计中的应用,利用CATIA设计软件中的Composit Design(复合材料设计)和Generative Structural Analysis(有限元结构分析)模块对复合材料方形盖体进行三维实体结构设计与力学分析。通过计算得出了方形盖体的工艺角α=14°时,方形盖体的密封面变形最小,优化了方形盖体的结构,利用CATIA中的Core&Cavity Design(阴阳模设计)模块设计出复合材料方形盖体的阴阳模。     

风电叶片复合材料结构缺陷无损检测研究进展

主要介绍了超声波、声发射和红外热成像等无损检测技术在风电叶片复合材料结构检测中的应用,从而推动我国大型风电叶片全尺寸结构缺陷评价控制和认证体系的形成。     

风电叶片复合材料层间剪切破坏声发射监测

采用声发射技术对含分层缺陷风电叶片多轴向复合材料的层间剪切破坏实验进行实时监测,研究分层缺陷对复合材料层间力学性能的影响规律及其损伤破坏过程的声发射响应特征.结果表明,具有不同分层面积的两类复合材料试样破坏载荷相近,当分层缺陷位于剪切面中间位置时,分层缺陷大小对界面承载能力影响不大,损伤演化主要集中在剪切面上偏离中心两...     

2MW风机叶片梁帽与腹板的强度优化设计

近年来,遗传算法发展成为一种比较普及的优化算法,遗传算法的主要特点是:稳定性好、通用性强、全局收敛性较优。在本篇论文中,比较详细地描述了遗传算法的优化机理,而且在大型风机复合材料叶片的梁帽与腹板的强度优化设计中应用了遗传算法的优化机理。考虑到层压板的结构参数具有离散型特征,所以在复合材料层压板结构优化设计中应用遗传算法时,适宜地提出了整数编码策略,使用整数编码策略来进行复合材料层压结构的遗传算法优化设计。所谓整数编码,即复合材料层压结构的参数用整数来表征。使用整数编码策略的主要优点有:直观、方便、遗传算法的交叉、变异操作比较容易地进行。在此之外,还构造了适应度函数以用于遗传算法,最终达到了叶片梁帽和腹板结构强度优化的目标。本论文展示了基于遗传算法的大型风机复合材料叶片梁帽与腹板的强度优化设计的诸多优势。想要进行强度优化设计,首先要深入理解力学原理,同时也要掌握数值计算方法。在深入了解单层复合材料与叠层复合材料的弹性理论基础,以及在仔细研究改进的遗传算法优化理论基础之上,设定了一定的铺层规则,仅将工程中常用的四种角度作为限定的铺层角度,应用遗传算法对2MW风机复合材料叶片的梁帽和腹板进行了强度优化设计。本文的最后计算结果表明,由于遗传算法在处理离散型问题方面的特有优势,故在2MW风机叶片的梁帽和腹板的强度优化设计中,使用遗传算法进行强度优化设计是可行和可信的。     

解析泵用诱导轮叶片的工艺性设计及加工工艺

针对泵入口诱导轮的叶片设计及加工成形进行了详细的介绍,阐述了泵诱导轮焊接叶片中,叶片的设计理论。经过多次试验证明,该种设计理论是简明和正确的,保证了诱导轮工作性能可靠性,节约了加工成本。