复合材料制造过程仿真技术综述

复合材料制造过程仿真技术的有效应用可以在复合材料构件设计之初对其制造过程中可能出现的缺陷,如分层、孔隙、温度不均、变形等问题进行预测,从而为优化构件结构、调整工艺参数或模具型面提供依据。对目前复合材料设计制造领域常用的一些软件进行简要介绍,并针对目前复合材料制造过程温度场分布和固化变形仿真技术中存在的问题进行了阐述与讨论。     

模具材料线胀系数对复合材料固化变形的影响研究

为了研究模具材料线胀系数对复合材料固化变形的影响,面向复合材料零件热压罐固化成形工艺过程,针对复合材料成形模具材料与复合材料零件线胀系数不一致导致复合材料零件热固化变形的问题,研究了模具与复合材料零件相互作用关系,推导了模具对复合材料固化变形的理论模型,利用ABAQUS等仿真软件建立了模具温度场的数值模拟模型,并将模具热变形的模拟数据与复合材料零件变形的试验数据进行了对比分析。结果表明,不同材料模具型面各位置变形值与型面结构特征无关,与型面大小有关;模具材料与复合材料的线胀系数差异越大,复合材料零件变形量越大。     

复合材料成型模具的数字化设计技术

模具在复合材料产品制造过程中起着举足轻重的作用。采用数字化设计与制造方法能够显著提高复合材料成型模具研制效率和模具的设计质量,缩短生成准备周期。     

基于自适应配合模具的复合材料加筋壁板共胶接技术研究

为解决大型复合材料加筋壁板筋条/蒙皮一体化成型过程中的型面配合问题,提出一种基于自适应配合模具的复合材料加筋壁板共胶接方法。以固化后的蒙皮外形面作为成型面,将未硫化的橡胶粘贴在钢模上,硫化形成带有配合型面自适应模具。该模具能够保障加筋壁板共胶接过程中筋条与蒙皮精确配合。通过力学性能测试,验证了该工艺方法不会对复合材料蒙皮的力学性能带来损失。同时通过对橡胶材料的硬度和压缩变形率进行测量,验证了橡胶能够满足自适用配合模具要求。此外,试验结果还表明,基于本工艺方法制造的试验件内部无分层脱粘问题。     

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。     

纤维增强复合材料在模具上的应用动态

伴随着航空用复合材料零件的大型化、复杂化、高精度化及批量化的发展趋势,航空制造工业对复合材料零件成型所用模具提出了更高要求。从模具材料角度分析了纤维增强复合材料应用于模具的优势;介绍了模具用纤维增强复合材料的概念和模具的制造过程;综述了纤维增强复合材料模具在国内外的应用情况及发展趋势;提出了发展复合材料模具的必要性和迫切性。     

用常规预浸料制造复合材料模具技术探索

采用复合材料模具制造复合材料构件的好处是:①减轻模具重量,便于模具周转操作;②减少复合材料构件固化过程的热容量和温差,便于简化固化程序,缩短固化周期;③便于模具与构件之间的热膨胀系数(CTE)的匹配设计控制,提高构件制造精度;④提高复合材料构件的生产效率,降低成本。这些优点对少量制造的构件体现得不十分明显,但对于进入大批量生产的复合材料构件便异常重要,最重要的是使制造成本大幅度降低。     

大口径碳纤维复合材料天线反射器模具在位测量技术

针对碳纤维复合材料模具修形过程中的型面精度测量,研究一种基于机器人和激光跟踪三维测量系统的在位测量技术。通过测量轨迹规划、坐标系变换,关联在位测量系统中的各个单元,实现两个系统的运动-跟随-采样的连续动作,完成模具型面点云的自动高效采样。在此基础上,研究抛物面型面精度评价算法,实现实测点云和理论模型的最佳拟合,从而获得模具型面精度。结果表明:利用在位测量技术,测量效率大幅提高,型面精度的数值和图形结果能够辅助模具的高效修形。     

基于型面节点的复合材料构件模具型面修正研究

针对复合材料在热压罐中固化变形造成的零件尺寸误差、带应力装配、降低疲劳寿命等长期困扰航空、航天工业的问题,研究复合材料固化变形的影响因素、作用机理等,并利用基准点的位置坐标,实现两曲面间的匹配,提出变形修正的算法和切实可行的修正手段,从而在模具设计时对模具型面做相应的补偿,减少试模、修模次数,实现复合材料固化变形的有效控制,达到复合材料精准制造的目的。     

大型机身复合材料加筋壁板制造技术及应用

复合材料机身是我国新研制的大型民用客机的重要结构之一,其制造工艺直接影响产品的质量一致性、产能、成本等,传统手工为主的制造技术已远远不能满足当前要求。为了验证大型机身复合材料帽型加筋壁板的自动化成型工艺进行了多方位的研究探索和验证,通过串联自动铺带、自动铺丝、长桁毛坯的叠层滑移成形、填充芯材自动成形、长桁定位等工艺,完成了大型壁板的制造。研究表明,选择的壁板制造工艺技术风险低,质量一致性高,为大型复合材料机身帽型加筋壁板的自动化制造提供了基础。     

航空钣金模具模面快速建模方法

<正>本文对航空制造领域中普遍存在的曲面缺陷检测、修复及延拓相关问题进行了研究,在CATIA系统平台上开发了航空钣金模具模面快速建模功能,将其应用到钣金模具设计中,工装设计人员可以在较短的时间内建立模面的数字化模型,提高模具的设计效率。目前,航空钣金模具的设计已经实现数字化,模具的模面基于产品曲面进行建模,产品曲面模型在不同CAD系统进行格式转换及导入导出时,由于精度和表达方式的差异,导致出现裂缝、重叠、搭接以及内部孔     

贮箱顶盖应力松弛时效成形过程建模仿真与试验

基于2219铝合金的应力松弛时效宏微观统一本构方程,对其进行用户子程序二次开发,并编译到非线性有限元分析软件MSC. Marc,建立了2219铝合金贮箱顶盖应力松弛时效成形过程的仿真模型,分析了顶盖应力松弛时效成形过程的应力应变和力学性能演变规律;开展了基于回弹补偿分析的模具型面优化设计,确定了满足成形目标要求的模具型面,进行了2219铝合金贮箱顶盖应力松弛时效成形试验,并与仿真结果进行对比分析。结果表明:顶盖应力松弛时效成形试验结果与有限元仿真结果吻合较好,两者成形型面半径相对偏差0.22%,屈服强度相对偏差为3.13%;顶盖成形试验后的型面与目标型面半径的相对偏差为0.52%,力学性能满足目标设计要求。综上所述,所建立的有限元模型能够准确预测顶盖的应力松弛时效成形过程形性演变规律,可以用来指导2219铝合金贮箱顶盖应力松弛时效成形制造。     

基于光固化成形技术的复杂航空零件快速制造方法

提出一种基于光固化成型技术的复杂航空零件快速制造方法。根据零件结构设计模具,采用光固化成形技术制造压蜡模具型壳,填充金属树脂复合材料,经过固化、去应力等工序实现压蜡模具制造;并基于蜡模制造复杂AISI316L航空零件。该制造方法周期短、精度高、成本低,能够快速响应市场的需求。     

大型碳纤维复合材料冂形梁的制造

全复合材料垂直尾翼是我国将碳纤维复合材料用于产品主要构件的首次尝试。全复合材料垂直尾翼由碳/环氧蒙皮、长桁、肋和梁组成,它的采用可以使垂尾减轻结构重量15%以上。这种材料的采用将使产品的性能得到一定的改善。 碳纤维复合材料具有可设计性,为大展弦比的机翼、整体机身及高推重比发动机的零件设计提供了可能性。但复合材料的各向异性给设计和制造工艺带来了许多麻烦。大型碳纤维复合材料门形梁的制造涉及到模具、制造工艺、变形等许多问题,必须在分析的基础上,用实验的方法,逐一确定     

复合材料模具技术

复合材料模具以其热膨胀系数小、质量轻、热容小等优点在国外航空航天领域应用广泛并且形成产业.分析了该技术的优缺点,研究了复合材料模具制造工艺的关键问题,总结了复合材料模具技术的发展动向.     

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%。     

RTM树脂流动模拟及其对模具设计的意义

在复合材料加工中,模具的设计和制造对整个生产过程具有决定性影响.要设计和制造出合理的模具,仅仅依赖经验是不够的,因此国内外都开展了RTM工艺的数值模拟技术研究,利用数值模拟对模具设计方案检验和优化.     

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。     

精益生产在直升机复合材料制造中的应用

当前,国内企业正在向精益化生产模式转化,精益生产强调准时化生产、降低成本、减少浪费[1],精益思想同样适用于直升机复合材料的制造.因直升机复合材料件尺寸小,品种多,且制造工艺特殊,生产能耗大,随着复合材料在直升机结构上的日益广泛应用,复合材料发展的重点也逐渐倾向于高效、规范化的管理和生产. 本文围绕复合材料构件的制造环节,针对生产和管理过程中的瓶颈问题,运用先进的材料数字化管理系统、实施科学的生产组织管理和条码管理手段,并应用数字化铺层设计和数控下料技术、激光铺层定位技术和优化组合固化工艺等制造手段,实现了复合材料产品的准时化、有序化和均衡生产,并有效地降低了生产成本,改善和提高了产品质量,使精益生产在直升机复合材料制造中得到了切实体现.     

复合材料C型梁回弹变形影响因素权重分析

复合材料C型梁制造回弹变形的主要影响因素有几何结构、铺层间剪切效应和模具作用等。在复材固化过程中,这些因素共同作用,导致构件发生变形,对构件的几何精度产生不利影响。针对大飞机结构中常用的复合材料C型梁,通过理论分析、有限元计算和试验测量等方法,研究了上述因素对回弹变形的影响机理及其作用的权重,为精确预测和控制C型梁的回弹提供了依据。