液体树脂灌注成型工艺中树脂流动前沿特性的估测和分析

 近年来树脂浸泡成型工艺(RIP)越来越多地应用到了航空复合材料制造业上。作为树脂浸泡成型工艺中一种新型的有着良好运用前景的液体树脂灌注 (LRI)成型工艺开始进入了人们的视野。为了增加对LRI工艺的认知和提高对其的监控能力,着重介绍如何在LRI工艺进程中监测树脂流体的流动前峰。树脂流体流动前峰的检测将依赖于一组放置在纤维层中的微型热电偶传感器来完成,通过与光纤传感器测量结果的比较,表明微型热电偶传感器可以利用测量纤维层中不同处的温度变化来监测树脂流体到达该处的时间。测量与分析结果大大提高了对LRI工艺中树脂流体在纤维层层面和沿纤维层厚度两个方向上流动特性的认识,并为将来的模拟计算和对此工艺的进一步研究奠定良好的基础。     

复合材料管道连接件真空辅助成型工艺树脂流动研究

对采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)制造复合材料管道连接件的树脂流动过程进行分析,考虑树脂注模工况下的注射口和出射口位置,采用有限元/控制体积方法分别模拟了4种可能树脂注模方式所需工艺时间和树脂流动前锋形状,并确定了合适的注模方式。模拟结果表明:与点注射的树脂注模方式相比,线注射方式可以得到更均匀的树脂流动前锋;进而采用线注射-线出射树脂注模方式能够有效浸润织物。采用模拟所得注模方式开展了VARTM工艺试验,制造了复合材料管道连接件缩比件和整体连接件筒构件,所得试验结果与数值模拟结果一致,验证了模拟结果的可靠性。     

含硅芳炔树脂的化学流变特性

含硅芳炔树脂的流变特性对于其RTM成型工艺有重要参考价值,采用DSC热分析及黏度测量表征了含硅芳炔树脂的固化特性和黏度与温度的关系,发现含硅芳炔树脂为典型的牛顿流体,且在100～130℃范围内具有较低黏度,维持时间长.根据其黏度-温度-时间关系建立了双阿伦尼乌斯黏度模型,模型分析与实验结果取得较好的一致性,可为RTM成型工艺窗口的预测提供支撑.     

改性BMI树脂固化过程的温度控制优化

针对以改性双马来酰亚胺树脂(BMI)为基体的树脂膜熔渗(RFI)成型工艺,以三维热传导方程与固化动力学模型为控制方程,采用有限元/有限差分方法对所得方程进行离散求解。为了衡量固化质量,提出了两个新的控制参数,并用于最优固化温度控制工艺的模拟。数值结果表明,构件内部温度与固化度均高于表面,而固化保持温度和起始时间会对构件中温度和固化度的均匀性产生较大影响。数值模拟结果对固化过程的优化设计有重要的指导意义。     

树脂基复合材料热压成型工艺数值模拟研究进展

针对树脂基复合材料热压成型工艺过程,以构件成型所需的温度场和压力场两个影响构件成型质量的主要因素为主线,从有限元数值模拟方面,对树脂基复合材料热压成型工艺的研究现状及存在问题进行了综述。     

RTM成型用聚酰亚胺树脂及其复合材料研究进展

聚酰亚胺复合材料因其优异的耐高温性能和机械性能,在航空航天领域获得了广泛应用,但复杂、高成本的热压罐成型工艺难以满足聚酰亚胺树脂基复合材料快速加工成型,限制了其进一步的应用。本文综述了适用于树脂传递模塑成型（RTM）技术的聚酰亚胺树脂及其复合材料的研究现状与发展趋势,重点论述了苯乙炔基封端的聚酰亚胺树脂及其复合材料的国内外研究情况,提高RTM技术成型聚酰亚胺树脂及其复合材料耐温等级的同时保持低充模黏度和高韧性将会是重要的发展方向。     

受热过程树脂浸润流动的超声无损评估

采用空气耦合超声C扫描技术,对非热压罐预浸料在升温和恒温受热过程中树脂的浸润流动变化进行了实时无损检测研究。首先将非热压罐预浸料从室温升至100℃,研究温度变化对树脂流动的影响。在此基础上,研究60℃和80℃恒温过程树脂浸润流动随时间的变化,通过C扫描图片实时、快速检测出树脂的浸润流动变化,并得到树脂沿纤维层厚度方向的浸润流动速率。通过显微组织分析验证了C扫描图像分析的准确性。结果表明,该空气耦合超声C扫描方法是检测纤维网架中树脂浸润流动微观变化的一种快速、有效的方法。     

一种基于酚醛骨架的耐高温RTM树脂

利用双马来酰亚胺树脂改性烯丙基化线型酚醛树脂 (BMAN)制备了可用于RTM成型的耐高温树脂。该树脂在 1 0 0℃下 8h内的粘度小于 1 5 0mPa·s ,适用于RTM成型工艺和模压工艺。且该树脂具有良好的耐高温性能 ,DMA分析表明树脂浇铸体模量曲线拐点温度Tonset在 390℃以上 ,玻璃化温度大于4 0 0℃。石英纤维 /BMAN树脂复合材料也拥有较好的耐高温性能 ,可以在 35 0℃下使用     

真空导入模塑工艺树脂流动行为研究进展

综述了近年来真空导入模塑工艺树脂流动行为的研究进展,结合自己的研究成果系统地评述了真空导入模塑工艺中树脂的流动模型及机理、流动行为的数值模拟和流动行为的监测控制,并在此基础上对真空导入模塑工艺树脂流动行为的研究前景进行了展望。     

复合材料固化过程树脂流动模型

本文以Ｄａｒｃｙ定律为基础，以复合材料固化过程中的树脂流动为条件，推导和建立了树流动模型。该模型形式简单，易于应用于实际。推导结果表明：树脂流动仅同三个因有关，即树脂粘度，加压压力和时间。特别是树脂流动质量与时间有简单的玉方根关系。另外，树脂粘度是影响流动的唯一物质参数，也是影响流动的最重要的因素。模型可用来讨算脂流动速度和质量。同粘度关系式联系起来，用以选择加压时间和加压大小。有关实验证实，模型     

基于ProCAST的高Nb-TiAl合金叶轮熔模铸造

通过铸造模拟软件ProCAST实现高Nb-TiAl合金叶轮熔模铸造充型凝固过程的模拟仿真,研究浇注充型工艺对合金熔体充型、缩孔缩松等充型凝固特性的影响,优化相应工艺;进行浇注实验与铸件的无损检测分析,并进行铸件的解剖分析验证缩孔缩松分布;使用附注试棒研究叶轮在室温和高温下的力学性能。结果表明:ProCAST软件对高Nb-TiAl铸件缩孔缩松预测较为准确,通过模拟仿真预测结果优化了工艺方案从而避免了铸件中大尺寸缩孔缩松的形成,在最终的铸件中只存在尺寸小于22μm的显微缩孔;所有铸件均实现完整充型,铸件室温抗拉强度约580 MPa,850℃高温抗拉强度约450 MPa。     

真空导入模塑工艺树脂流动规律研究

研究了导流介质、重力、注射方式和注射管径等工艺参数对真空导入模塑工艺中树脂流动行为的影响。结果表明,真空导入模塑工艺中,主导树脂充模流动速度的是导流介质的渗透率;注射方式改变时,树脂的流动模式和流动速度发生改变;树脂的充模流动速度随着注射管径的增大而增大;树脂的流动倾角越接近竖直方向重力对树脂流动的影响越大。     

Ti-1023合金桨毂锻件变形过程有限元法模拟和分析

对三种不同毛坯的Ti-1023合金桨毂锻件的变形过程进行了有限元法模拟计算,分析和讨论了变形体流动充填模具的过程和等效应变、温度场分布、载荷变化及模具的表面应力等模拟计算结果,讨论了产生航空锻件有限元法模拟计算误差的原因,提出我国航空锻件变形过程模拟研究的主要方向包括集中在复杂形状的锻件变形过程模拟和晶粒生长、性能的预测上.     

筒状复合材料制件热压罐成型温度模拟及影响因素分析

筒状结构是航天飞行器的典型结构形式之一,其在热压罐成型工艺过程中多采用圆筒结构径向平面垂直于热压罐径向平面的放置方式,在其成型过程中筒状结构的迎风面、背风面、侧风面等可能会存在较大的温度分布不均匀现象,针对该问题,基于Fluent软件建立了考虑树脂固化反应放热的温度场分析方法,并选取圆筒结构典型位置的温度变化历程对仿真结果的有效性进行了验证,并且分析了圆筒结构的温度场分布特性。在此基础上,改变热压罐的升温速率,分析了圆筒制件内温度和固化度的分布变化规律。结果表明:对于圆筒结构热压罐成型过程,因为结构特性而带来的温度差异远远大于因传热引起的温度差异;热压罐升温速率从0.5K/min上升至5K/min,圆筒制件迎风面与背风面温度差值最大值仅增大1.1K,最大固化度差值仅增加2.08%,热压罐升温速率对圆筒结构温度场与固化度均匀性影响不大。研究结果对实际生产中圆筒结构的热压罐固化成型工艺优化有一定的指导意义。     

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。     

电流辅助钛波纹管成形温度场控制及模拟

利用钛合金的自阻,可以施加电流将其快速加热到高温,进行成形。在钛合金波纹管成形过程中,需要确定4个重要的参数,即加载在钛管上的电流大小、升温时间、胀形气压、轴向压力。通过对波纹管加热过程中温度场的观测和控制,可以得到对波纹管成形最有利的温度场。通过对成形过程的模拟,可以得到比较可靠的试验参数,进而减少试验的次数;模拟中还可以发现成形过程中可能出现的新问题,为之后的试验提供参考。通过对温度场的控制和成形过程的模拟,钛合金波纹管可在几分钟内被加热到成形温度,从而提高生产率,降低对环境的污染;同时采用气胀和轴向加载的复合工艺,有效地避免壁厚的过分减薄。     

机箱盖板金属型铸造工艺

采用计算机仿真技术对机箱盖板金属型铸造过程进行了充型和凝固模拟，并对铸造工艺进行了优化。     

Unequal-thickness billet optimization in transitional region during isothermal local loading forming of Ti-alloy rib-web component using response surface method

Avoiding the folding defect and improving the die filling capability in the transitional region are desired in isothermal local loading forming of a large-scale Ti-alloy rib-web component (LTRC). To achieve a high-precision LTRC, the folding evolution and die filling process in the transitional region were investigated by 3D finite element simulation and experiment using an equal-thickness billet (ETB). It is found that the initial volume distribution in the second-loading region can greatly affect the amount of material transferred into the first-loading region during the second-loading step, and thus lead to the folding defect. Besides, an improper initial volume distribution results in non-concurrent die filling in the cavities of ribs after the second-loading step, and then causes die underfilling. To this end, an unequal-thickness billet (UTB) was employed with the initial volume distribution optimized by the response surface method (RSM). For a certain eigenstructure, the critical value of the percentage of transferred material determined by the ETB was taken as a constraint condition for avoiding the folding defect in the UTB optimization process, and the die underfilling rate was considered as the optimization objective. Then, based on the RSM models of the percentage of transferred material and the die underfilling rate, non-folding parameter combinations and optimum die filling were achieved. Lastly, an optimized UTB was obtained and verified by the simulation and experiment.     

复合材料RTM制造工艺计算机模拟分析研究

研究以计算机模拟分析技术的实际工程应用为目的,在普通 WINDOW窗口下实现各类平面构件RTM工艺过程的控制体积单元 /有限元算法 ( CV/FEM),进行工艺过程的压力场及树脂流场模拟分析。模拟分析主要工艺参数——树脂粘度、注射压力及预成型体渗透特性对 RTM工艺过程的影响规律。研究得出注射压力及渗透率与工艺充模时间的定量反比关系,以及树脂粘度与充模时间的的定量线性关系。研究还揭示了注口设计对充模时间的影响规律。实验验证表明工艺模拟分析结果与实验结果有较好的一致性。 RTM工艺过程的计算机模拟分析技术将为优化工艺设计、减低工艺实验成本及保证产品质量提供有效的技术手段