中国复合材料自动铺放技术研究进展

首先扼要介绍了复合材料自动铺放(自动铺带和自动铺丝)成形技术的原理、特点和该技术在国外航空航天领域的应用概况。然后系统介绍了近年来中国国内复合材料自动铺带的装备技术、软件技术和材料工艺技术的研发历程,总结了其关键技术的突破和应用进展,并指出开发低成本高效铺带技术是未来的重要方向。同时介绍了国内自动铺丝技术基础研究(装备、软件和工艺方法)的进展,并且着重介绍了南京航空航天大学自动铺丝应用技术(工业样机与材料工艺技术)的研发和应用情况。最后通过分析,归纳了自动铺丝技术应用研究的瓶颈问题,并提出了研究建议。     

复合材料多向层间Ⅲ型分层断裂韧性实验研究

通过对多向层合板刚度和热弹性的分析，给出了适于测量复合材料多向层间Ⅲ型分层断裂韧性的试样铺层；改进了裂口悬臂梁测试方法的试验夹具，使其简单可靠且易于操作。实验研究了Ｓ２／６４８玻璃纤维增强环氧复合材料多向层间（０／θ）的Ⅲ型分层断裂韧性，结果表明：对所研究的复合材料，其单向层间的Ⅲ型分层断裂有纤维架桥效应，断裂韧性Ｇ（ⅢＣ）先随裂纹扩展线性增加，而后趋于常值；而多向层间（０／θ）的Ⅲ型分层断裂韧性则没有明显的纤维架桥效应，且断裂韧性Ｇ　的测试值与层间参数θ没有明显的相关性。     

Al_2O_（3P）／Zn－Al复合材料的硬度与耐磨性能

研究了流变铸造法制备的Ａｌ２Ｏ３Ｐ／Ｚｎ－Ａｌ复合材料硬度和耐磨性能。结果表明Ａｌ２Ｏ３Ｐ的加入，提高了Ｚｎ－Ａｌ合金的室温和高温硬度，改善了其耐磨性能。颗粒体积含量增加，或者颗粒粒径的减小都将提高该复合材料的硬度和耐磨性，而试验温度的增加会引起其硬度的迅速降低。不过，Ａｌ２Ｏ３Ｐ的加入显著改善了Ｚｎ－Ａｌ合金耐高温性能。此外，文中还研究了淬火、回火或循环热处理对该复合材料硬度值的影响。     

复合材料自动铺带机专用数控系统

为实现复合材料自动铺带机对数控系统的特殊要求,以可编程多轴控制器作为运动控制核心,采用可编程数字I/O卡控制开关量,提出了基于开放式数控系统的铺带机专用CNC硬件体系结构的设计方案。为提高系统中与加工过程密切相关的实时任务的实时性,采用随动控制方式,实现了数控系统软件中的运动控制及其与开关动作量之间的协调联动的任务。完成了各控制器的驱动程序、用户图形界面和数控代码编译模块的设计。该系统能很好解决铺带机多轴运动控制精度要求较高、运动量与较多动作量联动实时性等设计难点。     

2.5维编织复合材料弹性性能的理论研究

以2.5维编织复合材料细观几何结构的深入研究为基础,详细分析了其单元体模型。采用圆形纤维束截面和经纱沿正弦曲线分布的假设,建立了基于刚度平均的2.5维编织复合材料弹性性能分析预报模型,并采用M atlab编程用于计算该类材料的力学性能。在材料经向纱线密度不变的情况下,预测了弹性性能随纬向纱线密度的变化规律。通过理论计算结果与实验值对比,验证了该方法的正确性。     

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。     

自动铺放技术在大型飞机复合材料结构件制造中的应用

自动铺放技术是工业发达国家近30年来发展和广泛应用的自动化制造技术,包括自动铺带技术和自动铺丝技术.这两项技术的共同优点是采用预浸料,并能实现自动化和数字化制造,高效高速.自动铺放技术特别适用于大型复合材料结构件制造,在各类飞行器,尤其是大型飞机的结构制造中所占比重越来越大.     

X-cor夹层结构压缩性能研究

X-cor结构是一种采用拉挤复合材料细杆（Pin）以三维网架结构形式增强泡沫的新型夹层结构材料,该夹层结构与传统泡沫夹层结构和蜂窝夹层结构相比,具有很高的比强度和比刚度。为了研究Pin植入角、Pin直径对X-cor夹层结构压缩强度和压缩模量的影响,压缩性能试样采用Rohacell 31泡沫作为芯材,Pin采用0.5 mm和0.7 mm两种不同直径的T300/FW 63碳/环氧拉挤细杆,并将实验结果与不含Pin增强的泡沫夹层结构进行了对比。研究结果表明,Pin的存在极大提高了X-cor夹层结构的压缩强度、压缩模量,同时密度仅小幅度提升;Pin对X-cor夹层结构压缩性能的增强效率随Pin植入角的减小而提高,采用小直径的Pin更利于提高X-cor夹层结构压缩性能。     

基于树脂基复合材料自动铺丝工艺的轨迹设计技术探讨

针对树脂基纤维增强复合材料自动铺丝过程中出现的纤维褶皱、分层等工艺缺陷,着重探讨不同轨迹设计方法(固定角、测地线、变曲率)在抑制工艺缺陷上的优劣。对不同轨迹规划方法进行了比较,最终给出针对不同曲面特征、不同铺丝工艺要求的轨迹设计方法。     

基于先进拉挤工艺的C型梁预成形变形分析

以预浸料为原料的先进拉挤( Advanced Pultrusion)采用预浸料预变形折弯定型-热固化成形,是制造高性能低成本复合材料型材的一种先进自动化工艺.基于预浸料变形特征分析,以C型梁为对象建立了预成形分析的理论模型,通过实验验证了模型和方法的正确性；为进一步开展其他复合材料型材的先进拉挤研究与应用奠定了基础.