大厚度复合材料曲面典型构件的工艺优化

大厚度复合材料的数值仿真存在缺乏实尺度验证、数值模型待优化等问题。本文针对真空辅助树脂传递模塑成型的大厚度复合材料曲面构件,通过大型风电叶片主梁的工艺仿真与实尺度实验验证,进行了工艺设计与工艺参数模型预测。首先对比研究了不同的工艺仿真方案;然后利用所选优化方案对树脂灌注方案进行工艺设计,并进行了实验验证;最后,提出了不同厚度制件的工艺参数预测模型。结果表明:所选优化方案可同时得到理想的计算效率和流动模拟结果;所设计工艺方案与实验吻合性良好;工艺参数预测模型所得结果与模拟结果基本一致。      

变角度混杂复合材料层合板振动特性研究

研究了由碳纤维(Carbon Fibre)和Kevlar纤维(Kevlar Fibre)制备的变角度混杂层合板的模态参数,以改善复合材料层合板振动特性。基于模态试验基本理论,采用模态力锤法获得了变角度混杂层合板的频响函数,拟合函数获得前三阶频率阻尼比。研究分析可知：变角度铺层作为芯层时,纤维角度变化对固有频率变化较平缓,均在0.9%左右。而变角度层作为面层时,纤维角度的变化可以有效提高层合板的固有频率,增加44.0%。刚度更高(与Kevlar纤维相比,杨氏模量是其2倍左右)的CF作为面层材而KF作为芯层时,固有频率增加,一阶固有频率最多提高62%,三阶固有频率最多提高57.1%。当铺层顺序为[±<60|75>/0_k/90_k]_s整体振动特性最佳达到(基频为17.83Hz),相对于纯CF直线铺层提高了74.0%。     

乙烯基酯复合材料/橡胶界面性能研究

通过对橡胶表面进行处理并涂刷柔性过渡层,研究橡胶与乙烯基树脂复合材料的界面粘接性能。结果表明,橡胶表面经过化学处理后,出现大量细小微裂纹,使得橡胶与乙烯基酯复合材料的界面粘接强度得到大幅度提高;在经过化学处理后的橡胶表面涂刷柔性能渡层,二者界面剥离强度提高到2.90 k N/m,粘合强度达到2.30 MPa。     

基于数字图像技术的纤维织物面内渗透率表征

材料渗透率的表征受其结构空间离散性和求解方式准确性的严重影响。基于数字图像技术,评估了纤维织物渗透率的空间分布,并探讨了阶梯铺层对灌注工艺的影响。首先,从恒压单向注射实验的视频流中动态提取了流动前沿的流速分布和流动前沿角,通过织物渗透率与结构的关系仅一次实验便可求得纤维织物的面内局部渗透率分布;其次,利用正态分布函数拟合,建立了基于数字图像技术的纤维织物面内主方向渗透率张量的求解方法,并利用该方法研究了编织形式对渗透率的影响;最后,研究了阶梯铺层和恒定铺层对灌注过程的影响。结果表明:建立的基于数字图像技术的渗透率表征方法可以通过一次实验同时获取面内主方向上的渗透率及其空间离散型;在恒定铺层下缎纹织物渗透率随着纤维层数增大而增大,从厚铺层向薄铺层的灌注方式可以达到最优的灌注时间。      

干纤维自动铺放-液体成型技术进展研究

相较于传统预浸料预制体需要热压罐固化，干纤维自动铺放结合液体成型技术可以实现非热压罐制造复合材料，从而降低制造成本、缩短制造周期。本研究针对干纤维自动铺放-液体成型技术，从干纤维铺放材料、干纤维自动铺放设备以及干纤维自动铺放工艺技术进展三个方面进行概述，并对其未来在船舶领域的应用进行展望。     

船用封闭曲面铺放成型过程中的断纱控制轨迹规划算法

自动铺放技术作为一种先进的复合材料成型技术，广泛适用于加工形状复杂的复合材料构件。本研究以压辊压实量、角度偏差以及曲率半径作为评价指标，通过对不同轨迹规划算法进行对比，选取适用于船用封闭曲面的轨迹规划算法。以重叠因子为约束条件对轨迹进行满覆性分析，提出一套适用于复杂曲面的增减纱算法，实现重叠与间隙的均匀分布。基于船用封闭曲面结构提出分区轨迹优化算法，降低了断纱数量。最后在封闭曲面上进行仿真与实验分析，验证算法的正确性。