航空蜂窝芯零件数控加工工艺

通过分析航空航天领域蜂窝芯零件的加工制造工艺,指出加工过程中的固持方法以及数学模型的建立方法是保证蜂窝芯零件制造精度和提高蜂窝芯零件加工效率的关键环节.在研究目前纸基蜂窝芯零件固持方法以及数学模型建立方法的基础上,提出了一种基于蜂窝夹层结构件铺层表面数据测量的数学模型建立方法.     

T型长桁边缘倒角对蒙皮纤维屈曲的影响研究

文 摘 通常在复合材料加筋壁板结构先固化长桁,再将未固化的蒙皮与固化长桁进行共胶接过程中,由于辅助材料的架桥造成长桁边缘处蒙皮局部纤维屈曲。针对此类问题,研究了长桁边缘倒角角度、蒙皮厚度和蒙皮铺层角度3个因素对长桁边缘处蒙皮局部纤维屈曲程度的影响,并对纤维屈曲的原因和机理进行了分析。结果表明：减小倒角角度有利于减小蒙皮局部纤维屈曲的程度,同时纤维屈曲程度与蒙皮厚度呈正相关,与蒙皮铺层中90°铺层比例呈负相关。工程应用中,对长桁边缘适当倒角,在不使用工艺软模的条件下有利于提高复合材料加筋壁板的成型质量。     

U型蜂窝夹芯前缘制造技术研究

为解决U型蜂窝夹芯前缘制造过程中常见的脱粘、铺层皱褶、蜂窝芯尺寸超差等技术质量问题,从调整蜂窝芯展开基准面、优化蜂窝芯热定型工艺、控制铺层滑移等角度入手、完善此类零件的制造工艺流程。经过多个典型件验证,零件表面平整,外形尺寸符合要求,内部无缺陷,研究结果给相似零件的制造提供了借鉴。     

基于遗传算法的复合材料泡沫夹层板铺层优化设计

机翼中泡沫夹芯结构的使用可以有效降低结构元件的重量,因此对复合材料泡沫夹层板的优化设计研究显得十分重要。基于遗传算法设计可以同时进行铺层角度和铺层厚度的优化算法,在该优化算法中采用分区优化技术及浮点数编码对铺层角度和铺层厚度设计变量进行设计。使用上述优化方法对复合材料机翼盒段泡沫夹芯蒙皮进行铺层优化设计,优化后的翼盒重量比优化前降低了38．2％。优化结果表明对复合材料机翼盒段夹芯蒙皮的优化设计可以有效地降低重量,为泡沫夹芯结构的使用提供一定的参考。     

航空复合材料纸蜂窝夹芯结构热成型开裂研究

飞机复合材料芳纶纸蜂窝夹芯部件在热压罐成型时处于热-力耦合工况。本文关注热成型过程中可能出现的蜂窝开裂现象,通过试验获得了蜂窝芯的拉、压、剪性能参数和芳纶纸的热性能参数,同时结合有限元分析手段和反演方法,对整体蜂窝夹芯部件的热-力顺序耦合和局部芯子抽真空导致的蜂窝胞元间压强差进行数值模拟。结果表明：成型过程中的热应力不会导致蜂窝胞元间胶层开裂,局部憋气的压差可能导致蜂窝开裂;胶层部分破坏与胶层完全破坏所需的胞元间压强差的差值与胶层初始法向断裂应力正相关;胶层完全破坏所需的胞元间压强差随着受载胞元数量的增多而减小。     

T型长桁边缘倒角对蒙皮纤维屈曲的影响

针对T型加筋壁板典型结构共胶接成型过程中T型长桁边缘处蒙皮纤维屈曲的问题,开展了T型长桁边缘倒角对蒙皮纤维屈曲的影响研究,对长桁边缘产生纤维屈曲的原因、机理以及长桁边缘倒角角度与纤维屈曲程度关系进行研究。结果表明,共胶接成型制备T型加筋壁板时,长桁缘条面边缘倒角能改善长桁缘条边缘处蒙皮的纤维屈曲的程度;长桁边缘处蒙皮纤维屈曲的剧烈程度与长桁缘条边缘倒角角度和蒙皮厚度成正比,与蒙皮铺层中90°纤维铺层比例成反比。工程应用中,对长桁边缘适当倒角,在不使用工艺软模的条件下有利于提高复合材料加筋壁板的成型质量。     

狭窄翻边蒙皮复合材料热压罐成型技术研究

以窄腔翻边复合材料蒙皮为研究对象,采用热压罐成型工艺方法,根据零件结构形式,分析窄腔成型质量。结果表明:选取Invar钢框架模成型,能够减少固化中热容带来的残余应力释放,减少零件变形;固化过程中,让树脂充分流动和浸润,满足孔隙率要求,成型后零件的孔隙率小于1.5%。零件外形分析结果表明:设计辅助芯模成型、固化复合材料翻边蒙皮操作的铺贴方向和铺贴手法,以及对零件进行预压实,能保证翻边处外形、轮廓度、R角成型质量要求。利用温差补偿技术,探索升温速率对零件力学性能和树脂含量的影响。结果表明:最佳的升温速率为在玻璃化转变温度(T_g)前保持0.5~1.5℃/min,在玻璃化转变温度T_g至保温前选取升温速率为1.5~2.2℃/min至保温。     

芳纶纸蜂窝芯零件的倒角加工

目前,民用飞机上主次承力结构中大量采用蜂窝夹层结构,其中的蜂窝芯零件大多数需要倒角或加工斜面。由于蜂窝芯具有薄壁中空的结构加上有明显的各向异性,倒角或斜面加工时存在易变形、夹固难、易撕裂,加工效率低,表面质量差的问题。文中在分析现有倒角加工工艺方法及存在问题的基础上,介绍一种为适应航空蜂窝芯零件生产企业需求而特意设计制作的专用倒角锯。此倒角锯结构简单,操作方便,成本较低,不仅能改善蜂窝芯倒角表面质量,减少人工打磨,提高加工效率,改善工作环境,还能适应当前蜂窝零件需求量增加,需要规模化生产的需求。     

复合材料夹层结构的弯扭稳定性

对复合材料层合板做面板,蜂窝做夹芯的夹层结构在受到弯、扭载荷作用下的稳定性进行了研究。面板采用对称铺层、等高度蜂窝夹芯,利用能量法对临界载荷进行了计算并给出了一些计算曲线。     

纸基蜂窝零件固持中压紧机构和铁粉填料装置设计

基于磁场和摩擦吸附原理的纸基蜂窝零件在固持过程中,利用铁粉作为介质传递摩擦力对蜂窝零件进行固持,蜂窝零件下表面与固持平台上表面是否接触,铁粉填充高度和区域是否满足设计计算要求,都会对最终的固持效果产生明显的影响。为了得到良好的固持效果,研制了一套基于分布式弹簧的蜂窝材料压紧装置和基于皮带输送的铁粉填充系统。试验表明:预压紧装置能够实现蜂窝芯与蜂窝固持平台的完好接触,基于皮带输送的铁粉填充装置能够实现厚度可控制和区域的均匀完整填料。     

大尺寸C/ E 面板铝蜂窝夹层结构筒形件成型工艺

对某大尺寸MT300碳纤维/648环氧树脂面板蜂窝夹层结构筒形件成型工艺进行研究,介绍了内外面板成型工艺、“F”形前后金属端框与铝蜂窝夹芯插接工艺以及“F”形前后金属端框、内外面板与蜂窝夹芯的组装整体固化技术.通过模具设计优化大尺寸夹层结构筒形件尺寸满足设计要求,并解决了内外面板-蜂窝夹芯-前后金属框组装整体固化技术成型难点.     

轻质量低成本无人机舵面结构优化与验证

复合材料蜂窝夹芯结构因其高比强度、比模量及可设计性而广泛应用于航空飞行器结构。文章提出了 1种轻质量、低成本舵面结构方案——通过增大蜂窝芯密度使其剪切模量提高,进而降低复合材料面板应力水平,减小面板厚度。首先,根据理论选择通过增大蜂窝密度提升蜂窝剪切模量;然后,对结构进行有限元计算与分析,发现蒙皮应力水平随蜂窝芯剪切模量增大而显著降低;最后,设计不同蜂窝芯密度的蜂窝夹芯结构进行试验。试验结果证明,蜂窝芯越致密,其典型力学性能越高,冲击后的剩余强度也越高。     

纸基蜂窝模块化固持方法研究

 基于磁场与摩擦学蜂窝芯材料固持原理,提出复杂型面纸基蜂窝零件固持平台的模块化设计思想。运用移动模块、固定模块、模块夹具以及导磁体和隔磁体解决了该原理中磁路控制问题,实现了复杂曲面零件在模块化固持平台上的加工固持。通过理论分析和有限元仿真研究了固持系统中蜂窝孔格的受力,分析了固持系统的特点和可靠性,以及永磁体厚度、固定平台高度、铁粉填充高度和平台间隙对磁场力的影响规律。实验与仿真结果表明,模块化固持平台能够满足复杂曲面蜂窝铣削加工的固持要求。     

S形蒙皮零件成形工艺

通过运用S3F软件对S形蒙皮拉形过程进行模拟仿真分析,评估S蒙皮拉形工艺性;预测拉形过程中将产生的缺陷;制定合理工艺方案;优化零件设计和模具结构;实现了该蒙皮零件在数控蒙皮拉伸机上的拉形。     

零泊松比蜂窝面内拉伸力学响应的有限元模拟

自适应飞行器因其对于不同飞行阶段的空气动力学适应性，逐渐成为航空航天研究的重点领域。可变形蒙皮不仅需要具有良好的面内拉伸变形性能，同时材料结构也需要具有一定的刚度来应对飞行过程中的载荷。本文提出以由高性能工程塑料聚醚醚酮（PEEK）材料制备的折线形蜂窝和U形蜂窝材料作为蒙皮结构，通过数值模拟计算确定柔性蒙皮的面内拉伸变形模式及两种蜂窝材料的形状尺寸参数对其面内拉伸变形力学响应的影响。结果表明，折线形蜂窝和U形蜂窝材料的面内变形模式呈现高度一致性，同时，两者的面内拉伸变形性能与蜂窝胞元长度和高度成正比，而与蜂窝厚度成反比。本文研究结果可为变体结构的设计与制备提供理论支持。     

铝蜂窝夹芯带铜网复合材料壁板胶接技术研究

针对铝蜂窝夹芯带铜网复合材料壁板胶结过程中遇到的实际问题,主要通过金属与复合材料的混杂成型工艺、蜂窝芯收缩变形控制技术、选择合适的胶粘剂、胶结质量验证等几个方面进行了研究。最终通过可操作性、消除铜网与预浸料织物热膨胀系数不同所带来的影响、防止蜂窝芯收缩工艺、选择合适的胶膜及固化参数的确定4个方面对铝蜂窝夹芯带铜网复合材料壁板胶接技术进行研究,并通过随炉试板的测试和无损检测技术验证了该工艺方法的可行性。     

整体成型复合材料模型机翼设计、制造与验证

根据给定的外形设计了四种不同结构形式的复合材料模型机翼,通过对所采用树脂基体的化学流变特性的研究,确定其最佳固化工艺条件.采用整体成型技术制备了四种全复合材料模型机翼,并进行了三点弯曲试验.结果表明,工字梁结构形式的模型机翼具有最高的载荷重量比,其次为C型梁机翼,而蒙皮-夹芯机翼的载荷重量比最小.其中,蒙皮-夹芯模型机翼在测试中表现为加载点上蒙皮压缩破坏;蒙皮-加筋机翼则表现为支点处的剪切破坏;梁式结构机翼均表现为支点与加载点中间的前缘剪切破坏.采用有限元分析模型机翼的强度与破坏过程,其结果与试验结果吻合良好.     

整体夹芯中空复合材料的研究

研究了整体夹芯中空复合材料的织物织造技术和复合成型工艺,制作了满足要求的试验件.对整体中空夹层复合材料拉伸、压缩和双层剪切等性能进行了试验研究,并与类似的蜂窝夹层材料进行了性能对比.     

大尺寸复合材料翼梁数字化设计/制造技术

翼梁尺寸大、受力复杂,是飞机的主承力结构。采用复合材料制造翼梁可达到减重、提高起重载荷并延长使用寿命的目的。为了有效承载、传载及工艺装配的需求,要求复合材料翼梁结构铺层位置、铺贴角度精准,外形公差控制严格。大尺寸的复合材料翼梁铺层复杂、截面变化多,传统的手工方法制造大尺寸复合材料零件经常会出现零件内部质量问题及质量稳定性差等状况,这就需要更高的制造工艺水平来满足工程需要。从设计到制造应用数字化技术,材料自动铺贴、裁剪、成型,可以高质量地成型复合材料翼梁,满足设计各项指标要求。     

蜂窝夹芯旋转壳的屈曲分析

蜂窝夹芯复合材料旋转壳是航天器中的重要部件,且常常与其它部件互相联结,联结区局部高应力往往诱发复杂的局部屈曲模态,为此发展了一套有限元求解方案。针对蜂窝夹芯层合壳体构造了一种基于相对自由度技术的32节点三层壳元,这种单元避免了传统壳元的转动自由度,易与三维实体单元连接,使变厚度、带有补强的复合材料层合壳体等复杂结构得以正确建模。同时运用旋转周期结构有限元技术对大规模的空间蜂窝夹芯层合结构成功实施了屈曲分析。数值算例表明了计算策略的有效性和优越性。