热压罐成型过程中框架式模具温度场模拟与分析

为了研究复合材料构件成型模具温度场,本文以某型飞机壁板的热压罐固化工艺为例,通过模型简化,利用FLUENT等仿真软件建立模具温度场的数值模拟模型,并将模拟数据与实验数据进行对比。结果表明二者平均相对误差为7. 4%。此外通过仿真模拟一组以支撑板厚度为变量的实例,两组以U、V两个方向的支撑板厚度为变量的对照组,通过判断模具型板表面温度方差大小,研究了支撑板厚度对模具温度场分布的影响规律。结果表明,模具温度场的均匀性随着支撑板厚度的增加而逐渐降低,其中U向支撑板厚度的变化对温度场均匀性的影响比V向大。     

飞机复合材料构件成型模具型板架参数化设计

针对复合材料构件成型模具的结构,分析其型板架的设计要求与建模特点,运用参数化设计方法,对结构各部分尺寸建立参数关联,设计了型板的智能排布和散热孔的对齐算法,基于CATIA二次开发平台,开发了复合材料构件成型模具型板架参数化设计模块,应用于飞机复合材料构件的成型模具设计中,可减少模具设计重复性工作,提高设计效率。     

某大型飞机复合材料壁板工艺仿真及验证技术

热压罐固化成型是制造复合材料的常用方法,固化期间罐内温度分布变化以及模具与复合材料构件之间的热不匹配、柔性模具的低热导率等因素导致制件内部不可避免的产生温度梯度以及残余应力,从而影响材料的使用性能。大尺寸曲面帽型壁板采用复合材料热压罐工艺成型,根据热压罐的工作原理,针对复合材料构件热压罐成型过程中温度场分布和固化变形等问题,进行了仿真分析,通过对比制件温度场分布和固化变形仿真计算结果以及全尺寸零件的实际验证结果,验证了预测方法的正确性。分别利用成型工装和检测型架改进优化以及制造过程优化来控制构件固化变形,使其形状满足产品尺寸的精度要求,证明根据工艺仿真计算结果以及工艺过程改进,可以对大尺寸曲面帽型壁板在制造工艺过程中出现的变形回弹及残余应力水平进行预估和最大限度的减小,实现复合材料结构设计和制造的一体化,提高制件的成型质量。     

热塑性复合材料缠绕温度场的有限元仿真

热塑性复合材料缠绕成型过程中经历的温度历程影响成型构件的机械性能,因此需对热塑性复合材料缠绕成型过程中的温度场分布进行深入研究。建立了热塑性缠绕的热传导数学模型,采用基于ANSYS的有限元模型对热传递过程进行仿真,得出了构件内部温度场分布云图,进而分析了缠绕过程中铺层温度的变化情况。构建了缠绕过程中铺层温度场测量系统,验证了有限元仿真的正确性。     

模具表面状态对复合材料构件固化变形的影响

为查明不同模具表面状态下的复合材料构件应变演变规律及其对固化变形的影响,采用热电偶和光纤光栅传感器对不同模具表面状态下的复合材料构件在热压罐成型工艺过程中的温度和应变进行在线监测,获得不同模具表面状态下构件应变的变化规律。结果表明:升温阶段脱模布的使用能够有效屏蔽模具-构件界面相互作用,使构件在升温阶段的应变很小。三层脱模剂模具表面条件下构件中的应变明显小于一层脱模剂;降温阶段三种实验条件下在构件中都出现了较大的压应变,其中一层脱模剂模具表面状态下模具-构件相互作用力最大,在固化工艺完成后构件发生翘曲变形,且翘曲变形以沿纤维方向为主。     

热压罐温度场分析与影响因素研究

热压罐固化成型是制造复合材料的常用方法,固化期间工装表面不均匀的温度场分布会使材料产生残余应力,从而影响材料的使用性能.翼梁采用复合材料热压罐工艺成型,根据热压罐的工作原理,建立了热压罐固化过程温度场模拟的有限元模型,分析了工装表面温度场的分布特点,给出了不同位置的温度曲线.研究了不同因素对工装表面温差的影响.计算结果表明,提高罐内气流流速、增大升温速率、选用低比热容与高热导率的工装材料能够减小工装表面的温差,有利于提高复合材料的成型质量.     

长玻纤增强注塑聚醚醚酮复合材料加工工艺与力学性能的研究

以含30％的长玻璃纤维增强聚醚醚酮为原材料,采用注塑成型的方法研究了聚醚醚酮复合材料的加工工艺参数包括冷却速率、成型压力、成型温度及模具温度与力学性能的关系,并对模具温度为180℃时PEEK复合材料的微观形貌进行分析,研究结果表明：采用中速冷却速率,成型压力为120MPa,成型温度为后段375℃、中段425℃、前段425℃,模具温度保持为180℃时,复合材料的抗拉强度达81MPa、剪切强度为62．7MPa,制品表面光滑,其综合力学性能最佳。     

先进复合材料构件成型模具和工装技术发展趋势

在分析先进复合材料构件成型过程和工艺特性的基础上,分别从满足先进复合材料构件成型压力、温度和真空度以及构件质量和工艺可行性等方面,综述了膨胀橡胶、殷钢、碳泡沫、碳毡、形状记忆高分子和水溶性材料等模具和工装的特点和应用状况.     

复合材料构件成型模具的参数化设计

文摘实现复合材料构件成型工装的快速设计对缩短生产准备时间、提高构件质量具有重要意义。本文分析了复合材料构件成型模具的结构和建模特点及要求,提取了结构各部分的设计参数;基于CATIA和CAA平台开发了复合材料构件成型模具设计系统,并应用于飞机复合材料构件的成型模具设计中,验证了本文方法的可行性。     

分区自加热复合材料模具设计与应用

直接使用复合材料制成的模具可大幅度减少模具–构件热膨胀系数不匹配导致的构件固化变形。复合材料模具自加热技术是实现构件高质、高效固化的重要发展方向,然而现有模具自加热方法难以避免地引入大量加热元件和线缆,在反复热循环后易导致模具结构失效,寿命缩短。针对上述问题,提出了一种基于电各向异性层合结构的复合材料模具分区自加热技术,通过向碳纤维层合板层间插入电导率调制层形成单向导电的碳纤维层合结构,直接对其局部通电形成若干可独立控温的条带状加热区域,最终在不引入任何加热元件、线缆的前提下,实现模具温度场的分区控制。相较传统自加热模具,分区自加热复合材料模具面内温度均匀性提高了92.1%,固化C型构件的回弹变形量减小了27.0%。分区自加热复合材料模具在满足与构件的热膨胀系数匹配的同时,实现了温度场的分区控制,为构件的高质高效固化提供了新思路。     

复合材料模具模块化、规范化、数字化快速设计研究

复合材料构件成型模具规范化敏捷设计技术是飞机数字化制造的关键技术之一。根据复合材料热压罐固化成型模具的特点,分析了模具的结构特征、设计规范以及参数化设计的可行性,提出了复合材料固化成型模具模块化和参数设计的算法,在CATIA环境下开发实现了完整的复合材料固化模具设计的功能,并进行了实例化验证,为复合材料构件模具设计提供了一个有效的方法。     

RTM工艺工字梁构件的模拟与实验研究

采用自主开发的RTM(树脂传递模塑)工艺3D模拟系统对航空用典型工字梁平板构件进行了模拟分析。确定中心点注射为最佳注射方式,并确定了8个合理溢料口位置,详细研究了预成型体渗透率不均匀问题对工艺的影响。对构件进行了模具制造和实验验证,实验结果与模拟结果基本吻合。计算机RTM工艺模拟对于模具开发、构件制造具有较好的指导意义。     

典型复合材料结构固化变形仿真预测与控制验证

针对典型复合材料结构固化成型过程中变形难以控制的问题,本文对典型复合材料结构的固化变形进行仿真预测,从固化工艺和模具补偿两方面对固化变形加以控制和验证。固化工艺方面以各设计点变形数据为基础确定了最优固化工艺曲线,模具补偿方面提出了一种构件有限元模型自适应调整的方法,综合考虑固化工艺参数与模具型面补偿采用了一种基于全局补偿量的协同控制方法。结果表明,通过仿真模拟L形构件的固化变形误差为12.4%,借助响应面优化算法得到的L形构件最优固化工艺曲线其固化变形预测值与各试验设计点最大变形的最小值偏差不超过3.3%;T形加筋壁板有限元模型经自适应调整后,对于下表面与目标型面之间的偏差距离,数值模拟值与试验测量值的最大相对误差为17.20%。通过全局补偿量的协同控制方法对半筒形壁板的模具进行补偿,其固化变形最大值相比于传统单一模具型面补偿控制方法降低了接近90%。     

改性BMI树脂固化过程的温度控制优化

针对以改性双马来酰亚胺树脂(BMI)为基体的树脂膜熔渗(RFI)成型工艺,以三维热传导方程与固化动力学模型为控制方程,采用有限元/有限差分方法对所得方程进行离散求解。为了衡量固化质量,提出了两个新的控制参数,并用于最优固化温度控制工艺的模拟。数值结果表明,构件内部温度与固化度均高于表面,而固化保持温度和起始时间会对构件中温度和固化度的均匀性产生较大影响。数值模拟结果对固化过程的优化设计有重要的指导意义。     

基于3D打印技术的预研涡轮叶片精铸蜡型快速制造方法

针对航空预研涡轮叶片制造成本高、周期长等问题,提出一种基于光固化成型技术的涡轮叶片快速制造方法。根据涡轮叶片的结构特点设计蜡模模具及其冷却结构,采用光固化成型技术制造模具型壳和内植冷却流道,基于凝胶注模方法将氧化铝等陶瓷粉末填充于模具内腔,实现了涡轮叶片蜡模模具的快速制造;基于ANSYS模拟研究了蜡模模具和蜡模温度场分布;采用三坐标测量分析了涡轮叶片精度。研究结果表明:随形冷却流道明显改善了蜡模温度场的均匀性,缩短了蜡模的冷却时间,提高了蜡模的制造质量,金属涡轮叶片尺寸精度达到CT4~CT5等级,表面粗糙度Ra达到4.97μm,相对于金属模具制造方法,显著缩短了预研涡轮叶片的制造周期,大大降低了制造成本。     

加筋壁板VARI整体成型工艺设计与验证

针对一种典型复合材料加筋壁板,完成模具结构及工艺流程等整体成型工艺设计,同时利用PAM-RTM软件完成流道设计优化模拟,并根据模拟结果选择合理的注射方式及流道布局,最终根据所选方案完成工艺试验验证,对构件进行超声无损检测,检测结果显示构件没有内部缺陷、树脂充分填充,最终验证了加筋壁板整体成型工艺设计及模拟分析的有效性。     

加筋壁板VARI整体成型工艺设计与验证术

针对一种典型复合材料加筋壁板,完成模具结构及工艺流程等整体成型工艺设计,同时利用PAM-RTM软件完成流道设计优化模拟,并根据模拟结果选择合理的注射方式及流道布局,最终根据所选方案完成工艺试验验证,对构件进行超声无损检测,检测结果显示构件没有内部缺陷、树脂充分填充,最终验证了加筋壁板整体成型工艺设计及模拟分析的有效性.     

热固性树脂基复合材料固化变形研究进展

热固性树脂基复合材料结构在热压罐成型过程中,由于模具的约束作用,会导致工件内部残余应力的产生,进而引起工件回弹变形和翘曲变形.对影响残余应力和变形产生的各种因素进行了综述及分析,这些因素包括热膨胀、固化收缩、铺层方式、固化温度、模具热膨胀、气孔含量、热梯度分布、纤维含量梯度分布、降温速率、固化时间、纤维含量、模具表面处理、模具角半径和模具热传导性能.     

硅橡胶热膨胀模具设计与纵横加筋壁板成型质量分析

 采用闭模硅橡胶热膨胀工艺和硅橡胶辅助热压罐工艺,制备了碳纤维复合材料纵横加筋壁板,分析了2种工艺成型过程的特点及其对成型质量的影响。进一步考察了硅橡胶辅助热压罐工艺下工艺间隙、硅橡胶厚度和金属模块定位对制件密实状态和尺寸精度的影响。结果表明:相比闭模热膨胀工艺,所采用的硅橡胶辅助热压罐工艺及其模具方案更适合于成型纵横加筋壁板;热压罐工艺应按照硅橡胶自由膨胀的方式来设计工艺间隙;硅橡胶的厚度对密实质量影响较小,但厚度越大温度不均匀性越明显;热压罐工艺中采用金属模块定位的方法可以明显提高加筋肋交汇处的尺寸精度和密实质量。研究结果对复合材料格栅结构制造质量控制技术的发展具有指导意义。     

复合材料构件低成本技术发展趋势

对目前复合材料因成本太高限制其在航空企业应用的现状作了分析,提出通过采用复合材料构件低成本技术来解决这一问题,叙述了复合材料构件数字化技术以及几种低成本成型工艺。