1.5MW风机叶片VARI工艺模拟分析及验证

本文对采用真空辅助成型工艺(VARI)制造的1.5MW风机叶片的流道设计进行模拟分析。考察了不同注射方式、不同导胶管间距的充模时间,分析了树脂流动形态、模腔内压力分布以及溢料口位置,优化得到了风机叶片根部的最佳注射方案。在此基础上模拟整机充模成型,得到最佳流道设计方案为根部布置间距为487mm的两条管道,沿着叶片长度方向布置三条注射流道,注射口数量为13个,两端抽气,溢料口数量为14个。将模拟结果应用于实际叶片成型工艺中,实际充模时间为3.63h,与模拟结果相比误差为0.38h。     

共胶接T型加筋壁板模具设计及成型工艺研究

本文选取T型加筋壁板作为典型结构件,研究了热压罐共胶接工艺中成型模具的设计和模具对成型质量的影响。首先针对T型筋条的结构和成型特点,设计了两种模具方案,研究了硬模(金属模具)/硬模、硬模/软模(橡胶模具)两种模具配合方式对筋条成型质量的影响,并进一步研究了筋条、蒙皮的固化顺序对T型加筋壁板共胶接质量的影响。结果表明,T型筋条成型中拐角区的传压及受压均匀性是模具设计中考虑的要点;与硬模/硬模配合方式相比,硬模/软模配合方式可以提高筋条拐角区的受压和密实均匀性,不容易出现因受压不均而在拐角区和填充区产生的纤维褶皱及孔隙缺陷,但是筋条尺寸精度低于硬模/硬模的情况;采用有限元法模拟分析了硬模、软模内部压力分布,发现模拟结果与实验结果基本一致;已固化筋条与未固化蒙皮胶接时,胶接区蒙皮的厚度均匀性不易保证,采用未固化筋条与已固化蒙皮共胶接的方式更容易保证胶接区的质量。本文研究结果对壁板类结构整体化工艺成型质量的控制具有指导意义。     

一典型结构复合材料零件的VARTM注射方式优化及实验

利用RTM-Worx模拟软件对一典型结构复合材料零件使用6种常用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)注射方式进行充填模拟,通过对模拟结果进行分析对比,选择了其中最合适的线注射方案,并对该线注射方案进行注射流道长度及双线注射流道位置优化设计,得到了该类零件的最优化VARTM注射方式并进行了实验验证,实验与充填模拟结果吻合较好,得出了如下结论:增长注射流道长度虽然可以增加树脂进入的瞬时体积流量,减少充填时间,但流道过长可能造成流到边缘的树脂往构件中心方向回流,容易形成气泡、干斑缺陷,影响制件质量;当构件宽度较大时,可以选用多线注射,且当采用n线注射时,注射流道可顺着构件长方向布于其宽方向i/2n(i=1,3,5,…,2n-1)位置处。     

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。     

复合材料工型肋的RTM工艺模拟与优化

采用PAM-RTM模拟软件,对变截面工型肋结构零件进行RTM工艺注射方案设计。过程中,分别进行了6种注射方案的结果模拟,从注射方式、注射参数及注射口选择等方面进行方案设计,对注射过程中的压力分布、树脂浸润效果及注射时间进行比较,根据比较结果进行综合评定,最终得出了最优注射方案,并将结果用以指导工装设计,成型了验证零件。结果表明:采用计算模拟技术,可替代人工试验,进行工艺及工装方案设计与制造;工型肋的摆放位置对树脂的浸润趋势和注射时间影响较小,但注射口和注射方式选择对工型肋零件的影响很大,线注射方式及端部注射的浸润效果和效率要好于点注射及梢部注射。     

商用飞机复合材料双面加筋壁板制造技术研究

本文以层间增韧环氧树脂碳纤维单向带及织物预浸料为原料,采用手工铺叠的方式制造双面加筋壁板,首先利用热压罐共固化蒙皮及单面长桁,然后采用胶接共固化的方式制造双面加筋壁板,通过利用成型模工装上的凹槽限制筋条轴线位置,解决了壁板轴线偏移问题,将轴线精度由以往的±2mm提升至±0.3mm;通过采用金属工装及筒状真空袋的组合成型...     

考虑厚度方向压缩影响的复合材料加筋壁板筋条-蒙皮界面失效表征方法

筋条-蒙皮界面失效对复合材料加筋壁板在后屈曲阶段的承载能力具有重大影响。研究表明,厚度方向的压缩会对复合材料加筋壁板的筋条-蒙皮界面性能产生影响。在前人研究的基础上,本文以数学方法推导出一种考虑厚度方向影响筋条-蒙皮界面失效表征方程。建立单元表征试验的有限元模型,利用虚拟试验确定了各项待定系数,给出了失效包面。该方法可用于指导单元表征试验的实施。     

泡沫填充帽形加筋结构复合材料壁板成型工艺研究

针对某型机泡沫填充帽形加筋结构复合材料机翼壁板开展了成型工艺研究。结果表明,壁板所用复合材料的性能满足帽形加筋壁板二次胶接的工艺需求;在帽形加筋长桁与蒙皮进行二次胶接前对胶接部位采用400#砂纸进行打磨,可以保证胶接性能;采用室温加压工艺可以保证复合材料构件的内部质量和厚度精度要求;在帽形加筋壁板进行二次胶接固化时采用...     

ITER校正场线圈试验件VARTM工艺模拟

对国际热核实验反应堆(ITER)校正场线圈试验件的真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺进行了模拟,分析了注射口位置、数量对充模过程的影响。结果表明,最优的注射位置在两匝导体之间;随注射口数量增加,充模时间近似呈指数衰减。对试验件实际浇注过程进行了模拟,通过流动前沿确定了溢料口位置。根据模拟的注射口和溢料口位置设计模具,进行浇注试验。计算充模时间6 290 s与实际时间6 600 s接近,试验件固化后无干斑缺陷。VARTM工艺模拟可为校正场线圈提供制造方案及工艺优化。     

复合材料加筋壁板优化设计

对于复合材料加筋壁板稳定性优化问题,由于涉及多个设计变量:筋条数目、筋条间距、筋条高度、筋条的铺层参数、面板的铺层参数等,本文采用具有多参数级联编码方式的遗传算法时基于稳定性设计要求的加筋壁板进行了优化.对复合材料T型加筋壁板结构重量优化的算例,验证了本文所用方法的有效性.     

复合材料捻子条自动化制造工艺研究

捻子条是复合材料梁肋三角区必不可少的填充材料。为了优化捻子条的制造工艺,提高制造质量,提高自动化程度,开展了材料构型、成型温度、材料填充数量等工艺参数的研究,探索不同的工艺参数对捻子条制造质量的影响。结果表明:材料填充数量为102%,拉挤成型温度为100℃,材料构型选取6. 35 mm×6层,可以保证捻子条的尺寸稳定、外观质量好。针对帽型长桁加筋壁板的捻子条,可以采用自动铺丝+拉挤成型工艺制造捻子条。采用优化后的捻子条可以保证蒙皮和帽型长桁的装配到位,固化后壁板三角区光滑过渡,质量好。     

多轴向复合材料加筋壁板的定位及成型

针对复合材料多轴向加筋壁板提出了一种框架式的模具定位结构。在蒙皮成型模具上设置一个定位框架,从框架的梁上定位筋条成型模具。模具结构简单、操作方便并且采用特殊的真空袋封装方式可以成型出筋条尺寸精度高、位置精确的复合材料加筋壁板。     

复合材料帽型长桁末端结构研究

本文首先利用Abaqus分析了压缩载荷作用下常用复合材料帽型长桁壁板结构的破坏模式,然后通过试验分别研究了不同的长桁末端与加厚蒙皮的位置关系以及不同长桁末端斜削形式对复合材料帽型长桁端头压缩性能的影响。     

复合材料机身Z型隔框变形控制研究

采用单向带预浸料在Z型隔框成型工装上完成零件的铺贴及固化,在零件切边以后采用三坐标测量机完成零件的型面测量,将测量数据与零件理论型面进行了分析对比。分析了零件缘条与腹板之间的回弹、零件在半径方向以及在腹板方向上的变形情况,并根据工程对零件型面的要求,对隔框成型工装进行了型面补偿,得到了工装设计的零件工艺数模。采用完成型面补偿以后的工装制造了全尺寸隔框零件,采用三坐标测量机对零件型面进行了测量,验证了工装型面补偿的有效性,零件型面轮廓度控制在±0.375 mm以内,隔框在与角片及蒙皮进行装配的过程中,很好地满足了装配公差的要求。     

纤维复合材料的VARI工艺参数研究

以真空辅助成型(VARI)工艺为对象,建立了树脂浸润纤维增强材料过程的数学模型,研究了树脂黏度、纤维增强材料厚度及注射方式对树脂浸渍平面预制件的流动过程影响。研究表明,模拟仿真与实验验证结果基本吻合,注射方式和预制件材料的厚度对充模成型的影响较大,采用数值模拟法合理优化流道、注脂口和抽气口等工艺参数,可提高复合材料制品生产效率,降低生产成本,对指导实际生产具有重要意义。     

复合材料帽型加筋板界面应力与失效模拟

基于内聚力模型,采用界面单元模拟筋条和蒙皮之间的粘接界面,建立了复合材料帽型加筋板结构的有限元模型,探究了复合材料帽型加筋板在四点弯曲载荷作用下的界面应力和脱粘失效问题。结果表明,胶层脱粘是复合材料帽型加筋板的主要失效形式,脱粘失效主要受剪应力的影响,脱粘导致加筋板承载能力下降,加剧了整体结构的损伤。     

复合材料机身壁板帽型长桁结构效率研究

机身壁板重量约占机身结构重量的35%,复合材料机身壁板典型结构是采用帽型长桁的加筋板形式,在壁板受压缩载荷时主要由帽型长桁承受,因此帽型长桁承载结构效率决定了机身壁板结构效率,对飞机机身结构重量有较大影响。本文主要针对帽型长桁的截面高度和帽顶宽度参数变化对长桁压损和局部屈曲的结构效率影响进行了分析研究,以便在工程设计中合理确定相应参数,达到机身壁板结构较优的目的。     

工型加筋结构模具方案对共固化过程树脂压力及成型质量的影响

以碳纤维/双马树脂复合材料工型加筋结构为研究对象,研究了模具方案对热压罐共固化过程树脂压力及成型质量的影响。对筋条两侧的模具采用了三种方案,即铝模/铝模、橡胶软模/铝模、拐角区预浸料增强橡胶软模/铝模。采用自主建立的树脂压力在线监测系统对三种模具方案下工型加筋结构内部树脂压力分布进行研究,进而结合制件尺寸及内部缺陷情况,分析模具方案对树脂流动、模具与预浸料铺层贴合程度及密实过程的影响。结果表明:橡胶软模能显著提高模具与预浸料的贴合程度,从而提高压力传递效率和密实程度;软模拐角区刚度对制件成型质量影响显著,拐角区刚度过低则成型中模具发生较大形变,不利于另一侧铝模与预浸料贴合以及制件尺寸精度的保证;适当提高软模拐角区刚度可提高密实压力均匀性和制件成型质量;适当刚度的橡胶软模和金属刚模配合方案对于加筋壁板结构的共固化工艺较为适用。     

气体辅助注射成型中溢料井对翘曲的影响

采用数值模拟和正交实验方法对聚丙烯(PP)气体辅助注射成型(GAIM)制品的翘曲缺陷进行分析,分别研究了气体注射延迟时间、气体注射压力等工艺参数以及设计辅助溢料井结构影响因素之间的交互作用对GAIM制品翘曲变形缺陷的影响。结果表明,气体注射压力与溢料井结构的相互关系是影响翘曲程度的关键;选择合适的注射压力和设计辅助溢料井结构可以显著降低制品翘曲变形的程度。     

复合材料机身加筋壁板选型研究

针对复合材料机身加筋壁板构型选择问题,通过初步选型、优化分析以及试验验证3种形式的结合研究,对复合材料机身加筋壁板提出了两点设计建议:(1)相同质量下,帽型长桁壁板的承载能力大于T型长桁的承载能力;(2)相同质量下,相同的帽型长桁加筋板,长桁间距200 mm的壁板承载能力大于长桁间距250 mm的壁板。