复材制件数字化制造及先进设备的应用

随着复材零件结构的日益复杂,传统复合材料生产模式很难满足其精准化要求,复合材料数字化软件的开发使零件的制造过程更加便捷,同时能够满足对零件尺寸精准的验收技术要求。分别以某型号壁板蜂窝夹层件两类典型的零件作为研究实例,利用数字化软件对制造过程进行优化,开展数字化制造可行性研究,辅以数控下料机、激光铺层定位仪、自动铺带机等先进的数字化设备,更好地保障飞机构件外形的精度。复合材料制件实行数字化制造后,不但降低了生产成本保证了零件产品的质量,而且有效推进了复合材料零件制造技术的发展。     

大型复合材料壁板先进制造技术及应用

大型整体化的复合材料壁板会起到较好的减重效果,明显提升飞机的整体效能,简化装配工艺。大尺寸共固化的复合材料制件铺层结构复杂,传统成型工艺难度大,质量稳定性差,组合元件形位尺寸有偏差。随着设计制造一体化(DFM)理念的出现,先进数字化制造技术在复合材料零件制造方面的应用很好地解决了大尺寸复合材料壁板类零件制造的难题。     

大尺寸复合材料翼梁的研制

针对大尺寸复合材料翼梁的结构特点,采用刚性阳模配合软模的方案用于翼梁成型,翼梁模具材料选用普通钢,模具设计时对凸缘回弹和热膨胀进行合理的补偿,研制过程通过对BA9916-II系列预浸料纤维面密度和含胶量的控制实现对翼梁厚度的精确控制,保证了翼梁外型面的尺寸精度。研制的大尺寸复合材料翼梁很好地满足了设计各项指标要求,是一种低成本、高质量的成型方案,适合工程化应用。     

复合材料风扇叶片铺层设计方法研究

为了设计航空发动机复合材料风扇叶片,根据相关准则,系统建立了复合材料风扇叶片的铺层结构设计流程,针对某自行设计的风扇叶片,完成了叶片的几何模型检测、体积填充铺层设计、铺层纤维方向的确定、铺层的分组与顺序调整,以及铺层的结构检查与可制造性检查。对铺层顺序调整前后沿叶高及弦长方向的铺层过渡进行了对比分析,完成了铺层的可制造性检查与改进。结果表明:铺层结构满足现有复合材料铺层设计准则要求,铺层的递减过渡合理,可制造性良好。     

基于CATIA的大曲面复合材料结构设计

在飞机复合材料零件设计中,基于CAD系统的设计复合材料,存在制造变形问题与复杂曲面的铺层展开形状难以确定的问题,通过基于CATIA的大曲面复合材料结构设计,铺层设计的同时就考虑铺层在复杂曲面上的展开形状,从而避免了复合材料存在潜在的制造变形和材料浪费问题。     

浅析复合材料框架式成型模具设计技术

对于大尺寸复合材料零件成型所用的大型框架式模具,在设计过程中需要使模型建模及更改快速化,需要详细分析模具在实际使用工况下的应力及变形、模具在固化过程中的温度分布及变形情况,并在设计过程中考虑尺寸补偿及回弹补偿,以使模具设计达到高效、精准、优化的目的;使模具结构更好地满足复材零件成型精度要求.     

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。     

复合材料卫星整流罩端头成型工艺研究

本文介绍了一种复合材料卫星整流罩端头的浸胶，铺层，固化工艺。研究表明，大尺寸，变厚度复合材料端头采用阴模铺层和热压罐化工艺，成型后的产品外表面平整，光滑，无皱折，不仅满足了气动加热表面的质量要求，力不性能也满足了要求。     

民用飞机复合材料层压板铺层设计方法研究

在民用飞机复合材料应用中,关键技术领域包括选材、结构设计、强度分析、制件成型及装配工艺、结构修理、适航等。针对民用飞机复合材料层压板铺层设计方法展开研究,在结构初步设计阶段运用工程方法完成结构铺层设计和尺寸设计。     

小型无人机复合材料圆管的成型工艺

小型固定翼无人机的尾撑制件为一种大长径比碳纤维复合材料薄壁类层压圆管结构，该制件除要求具有较高的内外质量、满足无人机机体结构使用要求外，其内形尺寸还应保证后续装配尺寸控制要求，因此使用传统的预浸料卷制成型方式较难以满足上述使用要求。为满足上述要求并得到一种成型工艺简便、成型质量良好的产品，利用丙烯酸酯橡胶及金属芯模制备了一种适用于预浸料成型的热膨胀芯模，并利用该芯模及组合模具通过真空袋压法实现了大长径比碳纤维复合材料薄壁类层压圆管结构制品的工艺成型。结果表明，采用丙烯酸酯橡胶作为热膨胀材料，可以良好地实现预浸料成型过程中的热膨胀加压，得到的产品不仅内、外质量良好，满足无人机机体结构使用要求外，其内形尺寸还满足了装配尺寸公差控制要求，是一种针对大长径比碳纤维复合材料薄壁类层压圆管制造较为良好的工艺成型方式。     

复合材料锥壳O°铺层的自动铺放成型方法研究

研究了一种基于自动铺带技术的复合材料锥壳0°铺层成型方法:根据锥壳构件尺寸将等宽预浸带数控分切成预定尺寸的直角梯形预浸带片,按特定方式铺放到锥壳表面并使每两片拼成一个等腰梯形单元,多个等腰梯单元形构成锥壳的0°铺层;并针对这种成型方法设计了一种实现锥壳0°铺层自动成型的装置。采用该方法及其设备可以实现锥壳0°铺层的自动化制造,提高成型效率、降低废料率、稳定工艺质量,降低装备制造成本。     

复合材料锥壳0°铺层的自动铺放成型方法研究

研究了一种基于自动铺带技术的复合材料锥壳0°铺层成型方法:根据锥壳构件尺寸将等宽预浸带数控分切成预定尺寸的直角梯形预浸带片,按特定方式铺放到锥壳表面并使每两片拼成一个等腰梯形单元,多个等腰梯单元形构成锥壳的0°铺层;并针对这种成型方法设计了一种实现锥壳0°铺层自动成型的装置.采用该方法及其设备可以实现锥壳0°铺层的自动化制造,提高成型效率、降低废料率、稳定工艺质量,降低装备制造成本.     

复合材料长桁机械成型工艺

复合材料自动化成型技术在提高复合材料生产效率、降低复合材料制造成本等方面都具有明显优势,为了改进传统生产效率低、质量稳定性差的缺点,利用设计的长桁机械成型设备制备预成型制件,研究了预成型速率以及预成型温度等工艺参数对于成型制件质量的影响,通过尺寸测量、金相分析等方法表征制件拐角厚度、纤维体积分数、孔隙率、纤维偏转变形等参数。结果表明:97℃预成型温度、1~3 mm/min预成型速率、[90°/45°/0°/-45°]2s铺层方式、2. 99 mm成型间距是较优的成型工艺参数,采用此工艺参数制造的制件厚度均匀、孔隙缺陷少、纤维偏转变形小、质量良好,在铺层表面添加聚四氟乙烯布保护层可以有效改善45°方向铺层出现的纤维偏转变形问题。     

一种大尺寸复合材料筒状支架成型技术北大核心CSCD

主要从模具设计、铺层工艺优化、成型压力保证等方面阐述了一种大尺寸厚壁异型复合材料筒状支架的热压罐成型技术。实践表明:采用分块组合模具阴模成型,合理设计铺层时纤维的断开方式,固化时采用梯度循环加压,控制加压点温度、最大施加压力,可以有效地保证该异型厚壁支架各位置加压到位,成型产品表面光滑无褶皱,内部无超出标准的分层、疏松等缺陷,同时尺寸精度、含胶量也满足指标要求。     

基于遗传算法的大展弦比复合材料机翼结构优化设计

结构减重是飞机设计的一个重要目标,采用复合材料代替金属材料以及对结构进行优化设计可以达到减重的效果。针对一个大展弦比复合材料机翼,采用遗传算法,通过Matlab调用Patran进行建模分析,以结构强度、刚度为约束条件,同时对翼梁位置和复合材料铺层进行优化设计;根据实际工艺要求建立复合材料铺层库,以解决复合材料铺层变量过多的问题。结果表明:本文提出的优化方法有效,对工程设计有较大的指导意义;复合材料铺层库在其他涉及复合材料铺层优化的问题中也具有广泛的应用前景。     

复合材料减速板梁结构设计技术研究

主要研究了减速板梁的结构设计技术,包括设计方案的拟定、成型工艺方法及材料的选取、铺层的设计、结构设计和分析,以及FiberSIM复合材料设计等整个设计过程。研究表明,该复合材料减速板梁满足结构强度使用要求。     

复合材料锥壳0°铺层的自动铺放成型方法研究

研究了一种基于自动铺带技术的复合材料锥壳0°铺层成型方法：根据锥壳构件尺寸将等宽预浸带数控分切成预定尺寸的直角梯形预浸带片，按特定方式铺放到锥壳表面并使每两片拼成一个等腰梯形单元，多个等腰梯单元形构成锥壳的0°铺层；并针对这种成型方法设计了一种实现锥壳0°铺层自动成型的装置。采用该方法及其设备可以实现锥壳0°铺层的自动化制造，提高成型效率、降低废料率、稳定工艺质量，降低装备制造成本。     

工程化复合材料结构优化设计方法

复合材料结构的可设计性带来大量设计变量,单靠传统方法难以实现结构优化,复合材料结构优化的铺层优化设计也是关键问题之一。从工程实际出发,探讨具有工程操作性的复合材料结构优化设计方法,形成 从结构布置优化到初始尺寸优化,再到详细铺层优化的三级优化设计方法,并在设计过程中加入符合复合材料 工艺要求的制造性约束;以某飞机复合材料垂尾翼盒结构设计为例,采用该方法对其进行优化设计。结果表明:本文提出的三级优化设计方法是适用于航空复合材料结构优化设计的一种通用方法,可降低结构质量、缩短研制周期。     

自动铺丝最小间隙路径规划与复合材料锥壳结构制造

自动铺丝技术（AFP）是提高复合材料构件制造效率和降低其制造成本的关键技术和重要手段。铺放轨迹的设计是控制自动铺丝工艺质量的关键。对于复杂的结构形式，合理的铺丝路径对保证可制造性及铺贴质量至关重要。本文针对简化后的后机身锥壳特征结构，研究了基于固定角法、测地线法和变角度法的自动铺丝轨迹算法设计，解决了铺放复杂曲面满覆盖问题；总结对比获得了不同铺丝轨迹方法的特点和适用范围。以保证工艺性并满足结构设计铺层方向为原则，选用了带宽为6.35 mm的自动铺丝预浸料完成工艺验证件制造，并通过有限元分析评估了自动铺丝轨迹算法的合理性。结果表明：该结构宜采用测地线法铺放0°方向铺层以减少褶皱；采用固定角法铺放90°方向铺层能够保证连续铺放；采用结合预浸窄带侧弯试验结果的变角度轨迹规划方法铺放此锥类构件±45°方向铺层能够保持最小间隙。铺丝间隙使锥壳结构单层等效模量下降约30%，整体强度下降约10%。因而在结构优化设计时需考虑自动铺丝工艺对安全裕度影响的因素。     

薄壁曲面复合材料层合板成型工艺参数与形面精度影响规律

为了得到高形面精度复合材料层合板适用的成型工艺控制方法，本文针对典型的Φ500 mm直径曲面球冠结构复合材料层合板，设计了6组不同工艺参数的成型对比实验，分析出边缘效应、铺放方式、固化温度等参数对层合板固化变形量的影响规律。研究表明，增加碳纤维模量和降低预浸料单层厚度可提高层合板形面精度；层合板铺放尺寸超过直径的5%可降低边缘效应的影响；自动铺丝技术铺放质量一致性高，手工铺层可以制造出高形面精度的层合板，但相对发生概率低；降低层合板固化温度和降温速率能够有效地提高层合板的形面精度。实验结论对复合材料高精度成型具有一定的指导意义。