自动铺丝压实力导纳控制器设计与参数优化方法

铺放压实力是连续纤维复合材料结构自动铺放成型的关键工艺参数之一。由于多数铺丝设备刚性高且位控精度不足，往往容易导致压实力波动较大，严重影响成型质量。因此，面向纤维预浸料自动铺放成型过程中压实力的柔顺控制要求，构建铺丝设备压实机构与成型模具间的二阶等效模型，设计一种基于导纳控制原理的铺放压实力控制器，采用烟花群体智能算法对控制器的惯性参数、阻尼参数及刚度参数进行优化求解，并通过建模仿真与铺放试验验证铺放压实力导纳控制器的有效性。     

复杂曲面上的自动铺放路径规划方法

自动铺丝是一种先进的复合材料自动制造技术,广泛应用于制造形面复杂的复合材料构件。大曲率区域丝束的压实质量较差、铺放路径的方向偏差和转弯半径难以同时满足等问题,导致了各种铺放缺陷。研究了曲面曲率对路径性能的影响,建立了分区域路径规划机制。采用压辊到曲面的距离来表征丝束压实情况,并根据曲面曲率估算可压实丝束的数量。建立了局部方向偏差和转弯半径计算方法,并在路径密化过程中实时评价,在路径性能超出约束时进行分区。考虑了丝束压实、方向偏差及转弯半径对铺放路径的约束,保证了整张曲面的铺放质量和铺放效率。在翼梢小翼曲面上完成了路径规划方法的仿真和实验验证,结果表明:所提方法能够在复杂曲面上获得满足性能要求的铺放路径。      

飞机复合材料构件设计、分析和制造数据集成

实施复合材料构件数字化定义是实现复合材料构件设计、分析和制造数据集成的基础.复合材料构件数字化定义包括几何建模和材料结构建模.总结了材料结构建模过程和材料铺放数据的组成,指出当前复合材料构件分析无法基于最终的真实纤维路径进行,采用离散三角形单元的真实纤维路径来近似铺层纤维的最终状态,并利用可扩展标记语言(XML,Extensive Markup Language)文件对材料铺放数据进行了描述,探讨了通过纤维路径数据到有限元网格的自动映射实现材料铺放数据的自动传递.最后,研究了设计数据到排样下料系统和激光投影系统的集成和接口数据组织方法.      

碳纤维复合材料C形结构热隔膜成型工艺

采用自行设计的热隔膜成型工艺实验装置,制备了C形结构碳纤维复合材料预成型体,测试了成型过程中预成型体和模具温度的变化规律,并考察了成型温度、预成型体尺寸对C形预成型体表面质量和内部缺陷的影响.结果表明:热隔膜成型过程中,采用模具预热的方法与红外灯辐射相配合,可保证预浸料温度的分布均匀性;成型温度过低时,预浸料粘性大、层间滑移能力差,导致预成型体拐角处出现纤维褶皱,并且内部孔隙偏多;预成型体的外形尺寸与模具尺寸接近,则预成型体易受隔膜架桥、变形量过大影响而出现翘曲等缺陷,因此预成型体与模具之间的尺寸比例应控制在一定范围内.     

聚合物基复合材料凸头螺栓连接研究进展

机械连接是聚合物基复合材料最典型的连接方式,因其在连接工艺性和可靠性方面的优势,使其在航空航天制造领域得到了广泛应用。对凸头螺栓连接聚合物基复合材料接头的研究进展进行综述。回顾了复合材料接头的机械连接形式,讨论了在拉伸加载下的失效过程,详细论述了复合材料接头的损伤模式;重点讨论了复合材料接头力学性能影响因素的研究进展,包括复合材料性能（纤维类型、增强体结构形式、纤维与金属混杂层板、铺层角度及比例、固化工艺、初始材料缺陷）、紧固件性能（紧固件刚度、钉头型式、螺栓直径、螺纹密封、间隙配合、干涉配合、紧固件缺失）、连接板性能、侧向约束（拧紧力矩、预紧面积、补偿垫片、接触面摩擦因素）、几何效应（复合材料板尺寸、板厚与孔直径比、层合板宽度与孔直径比、孔端距与孔直径比、螺孔形状、螺孔质量、螺孔位置误差）、载荷（静载荷、动态载荷、疲劳载荷、蠕变、松弛、温湿载荷）等;对聚合物基复合材料凸头螺栓连接的未来研究方向进行了展望。     

固化参数对碳纤维/环氧复合材料的性能及断口形貌的影响

本文研究了碳纤维/环氧复合材料固化成型过程中予固化温度、加压时间对其层间剪切性能及弯曲性能的影响。为了揭示固化参数对复合材料性能影响的本质,测定了不同固化条件的复合材料中纤维含量(V_f)和孔隙率(V孔);用扫描电镜分析了复合材料的断口形貌。     

纤维/树脂浸润测试仪的研制与应用

针对复合材料成型工艺的特点,依据毛细原理,研制了浸润性能测试仪.该测试仪包括浸润质量测试系统与温度控制系统,能够定量测试在较宽的温度范围内发生浸润的速率和浸润程度.对该测试仪的准确性与稳定性进行了校准与标定,并运用该仪器研究了纤维种类、树脂粘度和纤维体积含量对树脂/纤维浸润性能的影响规律.研究结果表明该设备为研究各类复合材料中增强材料与基体间的浸润性能提供了方便的测试手段,对指导复合材料制备工艺具有较高的参考价值.     

复合材料固化在线监测新方法

对复合材料现有固化监测方法进行了简要概述,重点介绍热固性复合材料在固化过程中的光纤在线监测新方法的工作机理、结构特点及性能测定。该测试方法特别适用于航空航天复合材料、复合构件的固化在线监测。     

单向纤维集束的树脂浸润影响因素

运用自行研制的浸润特性测试系统,研究了环氧树脂对单向纤维集束的浸润行为,分析了纤维体积含量、树脂温度、纤维种类及纤维表面浸润剂等因素对浸润的影响规律.研究表明,增加纤维体积含量、升高树脂温度、去除纤维表面浸润剂均可加快环氧树脂对纤维集束的平均浸润速率.研究结果对指导复合材料成型工艺的合理设计、开发浸润特性表征新方法具有重要的意义.      

三维全五向编织复合材料细观结构实验分析

对三维(3D)全五向编织复合材料的细观结构进行了实验研究,三维全五向编织复合材料是一种新型的编织复合材料,其细观结构对预测材料的性能有重要作用。采用显微计算机断层成像(micro-CT)技术得到了三维全五向编织复合材料的截面图片,通过在碳纤维试件中混编入少量玻璃纤维作为示踪纱,提高了示踪纤维束在截面图片中的的对比度。并通过三维重建得到纤维束实体模型,结合CAD技术对纤维束的横截面形状与空间走向进行了研究。结果表明:编织纱与轴纱纤维束的截面形状在材料不同区域与不同的花节高度内是变化的;在不同区域,编织纱的空间走向也是不同的;而轴纱在空间上基本保持伸直。由于编织纱对轴纱的挤压使轴纱表面产生螺旋状的压痕。      

面向制造的飞机复合材料构件数字化定义

为满足数字化研制环境中制造环节的数据需求和对构件可制造性的要求,总结了面向制造的飞机复合材料构件数字化定义的完整构成.通过定义方向坐标系来建立方向基准,并根据构件高斯曲率的不同,给出了3种方向坐标系的定义方法和映射规则.给出了三维模型中几何数据的内容、几何数据和复合材料特征对象的关联关系以及材料铺放数据中复合材料特征对象的层次关系.总结了数字化定义中工艺信息的详细内容和定义方法,并采用基于视图的方式组织管理数字化定义数据集.      

CFRP旋转超声辅助钻削的缺陷抑制 机理及实验研究

针对碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在普通切削（CD）过程中因切削力及扭矩较大而产生的分层撕裂、孔壁纤维损失等缺陷,采用了旋转超声辅助钻削（RUAD）制孔方法。首先,分析了CFRP CD的孔缺陷类型及产生机理,并结合超声振动加工的特性,给出了RUAD的孔缺陷抑制机理。然后,搭建了包含非接触式感应供电旋转超声振动系统、立式加工中心和测力系统的实验平台。最后,在相同的工艺参数下,对比了CD和RUAD两种工艺下的切削力和扭矩、孔缺陷及孔壁质量。实验结果表明:相对CD,RUAD的切削力和扭矩分别降低41.46%~46.32%和41.61%~48.94%,且CFRP孔出入口及孔壁分层撕裂、纤维损失等缺陷得到了有效抑制,极大地改善了CFRP的钻孔质量。实验结果有效地验证了CFRP钻孔缺陷产生机理及超声振动抑制机理的正确性,RUAD可以用于CFRP低损伤制孔。      

捕风一号卫星总体设计与技术特点

捕风一号卫星是中国首次实现基于星载导航卫星反射信号测量(global navigation satellite system-reflection,GNSS-R)技术的气象卫星,采用新型L波段海面风场信息探测技术,在风场测量、海面飓风风速反演等方面为国家气象、防灾减灾等行业提供服务.从系统设计角度介绍了捕风一号卫星的总...     

复合材料层板冰雹高速冲击损伤预测及失效分析

针对冰雹冲击对复合材料结构安全造成的潜在风险,提出了一种基于连续介质损伤力学的非线性有限元模型,研究了碳纤维复合材料层板冰雹高速冲击力学行为。综合采用拉格朗日法和光滑粒子流体动力学（SPH）法对冰雹进行建模,引入水的状态方程描述冰雹破碎后的流动特性;考虑应变率的单向复合材料本构模型,根据三维Hashin失效准则及材料刚度折减方案,进行复合材料层内损伤预测;引入界面单元结合双线性内聚力模型模拟层间分层现象;编写用户材料VUMAT子程序,实现基于ABAQUS/Explicit显式模块的数值求解。模拟了冰雹高速冲击复合材料层板的瞬态过程,分析了材料的损伤特性和失效机理。探讨了冰雹冲击速度、冲击角度对层板冲击损伤性能的影响,为复合材料结构冰雹冲击问题数值分析提供参考。