面向自动铺放的预浸料动态黏性实验研究

为解决自动铺放过程中预浸料铺贴适宜性问题,以预浸料对模具黏附性及预浸料自身黏附性为考察对象,试制了一套基于剥离实验的动态黏性测试装置,并结合本装置对剥离实验机理加以分析。采用固定其中2种参数,考察第3种参数法研究压力和温度对预浸料与模具及自身黏附性行为的影响。结果表明,2种模式下随着压力的增大,动态刚度值和黏性值均增大;随着温度的升高,动态刚度值降低,黏性值先增大后降低。该研究结果为后续自动铺放工艺研究奠定了理论基础。     

面向铺放工艺的预浸料剥离仿真与试验验证

为系统建立可表征刚度与黏性的预浸料剥离模型,构建探针、拉伸与剥离相结合的试验验证系统。首先,设计用于预浸料的移动悬臂剥离装置,完成各工艺参数下预浸料黏性和动态刚度的90°剥离试验测定,并建立剥离仿真模型;然后,通过探针试验获取黏性参数,采用内聚力模型定量表征黏性参数;接着,通过拉伸、压缩试验测定预浸料的正交各向异性力学参数,连同探针试验获得的黏性参数一同输入到剥离模型中,在各个工艺参数下黏性和刚度的仿真结果与试验值吻合程度良好;由于仿真与试验揭示剥离脱辊现象会影响剥离力测定值,因此研究脱辊现象及其机理,发现将导辊半径设计在3~7 mm内,可减弱脱辊程度、提高剥离试验的准确性。为系统测定并表征预浸料黏性及刚度、预浸料建模、开展自动铺放仿真等提供了参考。     

面向高速铺放预浸料层间粘结性能研究

为了研究自动铺放过程中预浸料层间粘结性能与铺放工艺的关系,自行设计了一套模拟高速铺放过程的预浸料粘结性能测试系统,采用自动铺放和剥离实验分开进行的"两步法"作为粘结性能的测试方法。利用该测试方法研究了CCF300/BA9916-2环氧树脂预浸料的自动铺放粘结性能工艺特性,采用单因素实验,研究了不同铺放工艺参数对预浸料层间粘结性能的影响规律,并运用正交实验,确定了各铺放工艺参数对预浸料层间粘结性能的影响程度。实验结果表明,预浸料层间粘结性能随着铺放压力和铺放温度的增大而增大,随着铺放速度的增大而减小。铺放温度对预浸料层间粘结性能影响最为显著,其次为铺放压力,铺放速度影响最小。     

基于探针试验的预浸料黏性内聚力模型

以预浸料黏性为研究对象,通过探针试验,研究了预浸料铺放过程中预浸料与模具之间的脱粘失效行为及其随铺放工艺参数的变化规律。试验中发现铺放速率、压力和温度对预浸料黏性行为影响显著,且存在界面失效（低温）和内聚失效（高温）两种失效模式。针对这一现象,采用指数内聚力模型（CZM）表征了预浸料的黏性行为,利用该模型描述了不同铺放温度下粘结层应力快速上升、损伤扩展和最终失效的脱粘过程,定量地给出了黏性CZM参数与铺放工艺参数之间的关系。研究结果表明,预浸料粘结强度和特征位移均随铺放速率增加而近似线性减小,均随铺放压力增加而近似线性增大。随铺放温度的增加,黏性CZM参数先增大后减小,近似呈二次关系。为制定特定铺放条件下的铺放工艺规划提供参考。     

温度对预浸料铺放效果的影响

为了有效控制自动铺带成型工艺参数,针对自动铺带成型工艺过程,分析了自动铺带成型过程中温度对预浸料铺放效果的影响.在一定的压力和速度作用下,根据温度对自动铺带过程中预浸料基体流动性的影响,提出了一种基于热弹性理论来计算预浸料形变的方法.针对预浸料的铺覆性和形变进行自动铺放试验,验证了在自动铺带过程中温度对预浸料黏附性和带...     

自动铺放工艺的复合材料预浸带的适宜性评价方法

依据自动铺带头的结构从离型纸与预浸带的作用、预浸带间的粘附性、预浸带对模具的粘附性这3个影响自动铺放成功的方面简介了预浸带的自动铺放适宜性的评价方法。首先,通过离型纸剥离力的测量和比较可以选择出适合自动铺放的离型纸。其次,通过楔子剥离测试预浸带间的平均剥离力,为选择出一定温度下适宜自动铺放的预浸带提供了参考。最后,通过预浸带与垂直金属板间的粘性测量,为选择适宜在金属模具表面自动铺放的预浸料提供指导。     

复合材料预浸带自动铺放适宜性试验研究

对一种型号的预浸带,黏性与铺覆性是评价其铺放适宜性的重要指标,而铺放适宜性对铺放工艺过程成功与否有重要影响。因此,研究预浸带黏性及铺覆性,并分析铺放工艺参数对黏性及铺覆性的影响具有工程意义。     

铺放参数对复合材料厚度方向力学行为影响

为了探究铺放工艺参数的变化对复合材料厚度方向力学行为的影响,通过面外拉伸实验分析了铺放压力与铺放温度对复合材料厚度方向面外拉伸强度与拉伸模量的影响,并对不同铺放工艺的试件失效模式进行了分析。试验结果表明,增大铺放压力会减小层间富树脂区厚度,使复合材料面外拉伸强度不断增大,当铺放压力为0.225 MPa时取得实验组最大值,与铺放压力0.075 MPa相较强度提升约13.1%,失效模式由纤维断裂与纤维层剥离的组合转变为纤维断裂;铺放压力的进一步增大会挤压层间树脂,改变树脂富集形态,使面外拉伸强度下降,剥离失效模式再度出现。实验用复合材料的适宜铺放温度为30℃,过高的铺放温度会导致孔隙率的上升,使复合材料的面外拉伸强度严重下降,裂纹扩展失去规律性;与铺放温度25℃相比,铺放温度为45℃时复合材料面外拉伸强度下降达19.2%,失效模式由纤维断裂与纤维层剥离的组合失效转化为单一的纤维层剥离失效。     

先进树脂基复合材料固化过程的铺放缺陷演变规律研究

以纤维皱曲此类典型铺放缺陷为研究对象,研究了预浸料-热压罐工艺过程中复合材料铺放缺陷的演变规律,并对其固化后成形质量及力学性能进行对比分析。研究表明:较短预浸料铺贴及适中的固化压力,有利于提高固化过程中纤维顺应性及试件平整性,可有效弱化纤维皱曲此类铺放缺陷;本实验条件下,70mm复合材料试片在0.4 MPa固化压力下对铺放缺陷的改善效果相对最显著,固化后试片可获得相对较高的力学性能。     

自动铺带成型压力控制技术

通过对自动铺带成型工艺过程的分析,论述自动铺放过程是成型压力作用下预浸带蠕变及回复的连续动态过程。经对预浸带蠕变过程分析,采用分阶段适应性调节铺带头压力的方法保持成型压力恒定,以保证预浸带在铺放后厚度均匀。结合自动铺带CAM软件,提出一种基于铺带轨迹控制点的分段调节铺带头成型压力的控制算法,并采用UMAC （Universal Motion and Automation Controller）控制系统设计相应的控制程序,最终实现成型压力分阶段调节子控制系统的搭建。     

面向复杂回转体的T700级碳纤维/双马树脂材料铺放适应性

为了研究面向复杂回转体的T700级碳纤维/双马树脂材料的铺放适应性,测试了3种T700级碳纤维/双马树脂材料的T型剥离强度及悬垂性,进行了曲率铺放性能对比研究,确定了最佳的T700级碳纤维/双马树脂材料。针对该材料,研究了不同工艺参数（铺放温度、铺放压力、铺放速度）在不同转向半径下对铺放质量的影响,并提出一种新的铺放质量评定方法。材料对比实验结果表明,在一定范围内,适当提高材料的刚性和层间黏结力对材料的铺放性能有明显改善,其中提高层间黏结力效果更加显著,并最终选用T700级碳纤维/双马树脂材料3作为复杂回转体的铺放材料。工艺优化实验发现,当铺放速度小于32 mm/s时,极限转向半径降低至1 000 mm。结合铺放效率,获得复杂回转体的最佳铺放工艺参数为F=800 N、T=40 ℃、v=32 mm/s,且在2 h内进行下层铺放,从而提高铺放质量及铺放效率,解决工程化应用问题。     

大型复合材料筒形结构自动铺带技术

采用国产T300/605热熔法预浸料,对大型复合材料筒形结构自动铺带技术进行了研究.通过对自动铺带角度的工艺优化,铺带角度进行微调,实现了复合材料筒形结构的满覆盖铺放.在此基础上进行了大型复合材料筒形结构的自动铺带工艺试验,对自动铺带工艺试验件进行无损检测及取样性能测试.结果表明:预浸料铺覆性良好,自动铺带成型的预浸带间隙或重叠≤1 mm,铺带角度与理论铺带角度偏差≤0.2°.试验件成型质量良好,自动铺带技术可以满足大型复合材料结构高质量成型需求.     

Influence and optimization of parameters of prepreg viscosity during placement

This paper tested the viscosity of prepreg in the automatic placement process, and conducted the probe and placement-90° peel tests through the test systems. The law of variation of prepreg viscosity during the laying process was studied through these tests under different conditions by taking the peel force to intuitively and quantitatively characterise the viscosity of the prepreg.The results show that this viscosity is inversely proportional to the laying rate, proportional to the laying pres...     

丝束张力对自动铺丝成型工艺的影响

为获得良好的铺丝成型质量,通过理论分析和实际铺放实验,从送丝质量和铺放质量两个角度出发,研究了丝束张力对自动铺丝成型工艺的影响。送丝实验发现,丝束张力的大小对送丝精度和送丝可靠性影响显著;铺放实验发现,过大或过小的丝束张力都会导致铺放质量的下降,铺放过程中丝束张力维持在合理的范围内;基于铺放过程中预浸丝束的受力分析,探究了不同铺放条件下铺放张力对铺放质量的影响,讨论了影响丝束张力取值范围的因素,建立了丝束张力取值范围的计算公式并对该公式的合理性进行了实验性验证。最终得出结论,丝束张力是自动铺丝成型工艺的重要工艺参数之一,铺放中丝束张力的取值应随曲面形状和铺放轨迹的改变而调整,并与其他铺放工艺参数相匹配以实现铺放质量的最优化。     

Placement suitability criteria of composite tape for mould surface in automated tape placement

Automated tape placement is an important automated process used for fabrication of large composite structures in aeronautical industry. The carbon fiber composite parts realized with this process tend to replace the aluminum parts produced by high-speed machining. It is difficult to determine the appropriate width of the composite tape in automated tape placement. Wrinkling will appear in the tape if it does not suit for the mould surface. Thus, this paper deals with establishing placement suitability criteria of the composite tape for the mould surface. With the assumptions for ideal mapping and by applying some principles and theorems of differential geometry, the centerline trajectory of the composite tape is identified to follow the geodesic. The placement suitability of the composite tape is examined on three different types of non-developable mould surfaces and four criteria are derived. The developed criteria have been used to test the deposition process over several mould surfaces and the appropriate width for each mould surface is obtained by referring to these criteria.     

复合材料锥壳螺旋向铺层自动铺带成型方法

提出了一种基于两步法的复合材料锥壳螺旋向铺层自动铺带的成型方法,对锥壳螺旋向铺层几何原理进行了分析并对预浸带的预切割进行了设计和验证,对预切割装置进行了原理方案设计并利用CATIA软件进行了自动铺带验证。结果表明:两步法锥壳螺旋向铺带成型技术方案合理可行,预切割装置可以实现预浸带的切割、转录,采用通用铺带头即可以完成螺旋向铺层的自动铺带过程,采用锥壳等厚度铺叠、均匀加压和降低废料率等措施,大大提高制品质量并降低了构件加工成本。