基于屈曲稳定性的复合材料铺层库优化设计

为了得到能便于复合材料结构优化设计同时满足制造约束的复合材料层压板铺层库，本文提出一种基于屈曲稳定性的复合材料层压板铺层库设计方法。首先，独立设计铺层角度数量表，便于多种铺层比例的快速移植和交叉融合；其次，以四进制方式对铺层顺序编码，遍寻满足约束要求的铺层顺序，确定核心铺层组范围，设计稳定性综合评价指标，优化核心铺层组铺层顺序，基于核心层组边界向上和向下逐层扩展，合并得到整个设计空间的复合材料层压板铺层库；最后，分析层压板折算刚度系数推导结果，给出铺层库均匀性调整方法。与手动调试铺层库相比，通过本文方法设计的铺层库临界失稳应力普遍提高10%以上，均匀性调整后的临界失稳应力依然提高5%以上。     

大尺寸复合材料翼梁数字化设计/制造技术

翼梁尺寸大、受力复杂,是飞机的主承力结构。采用复合材料制造翼梁可达到减重、提高起重载荷并延长使用寿命的目的。为了有效承载、传载及工艺装配的需求,要求复合材料翼梁结构铺层位置、铺贴角度精准,外形公差控制严格。大尺寸的复合材料翼梁铺层复杂、截面变化多,传统的手工方法制造大尺寸复合材料零件经常会出现零件内部质量问题及质量稳定性差等状况,这就需要更高的制造工艺水平来满足工程需要。从设计到制造应用数字化技术,材料自动铺贴、裁剪、成型,可以高质量地成型复合材料翼梁,满足设计各项指标要求。     

复合材料补片铺层的仿真计算与优化设计

在复合材料胶接修补中,合理设计复合材料补片铺层以减小胶层剪应力是提高修补可靠性的重要因素,利用ANSYS对铝合金含裂纹板件胶接修补模型进行三维有限元建模与仿真计算,分析了复合材料补片铺层台阶长度和纤维方向对胶层最大剪应力的影响,在此基础上给出了单侧修补和对称修补方式下的补片铺层方向和最优台阶长度参数表。仿真计算结果表明,按照给出的铺层设计参数进行修补后,胶层剪应力在各台阶端头均匀分布,最大剪应力减小为单个台阶补片的15%。     

碳纤维复合材料波导器件成型技术

以某卫星用高精度、复杂谐振腔波导器件为对象,设计了碳纤维复合材料铺层及工艺成型方案,通过模具表面金属层转移法,制备了内腔表面金属化的碳纤维复合材料(CFRP)谐振腔波导,进行了高低温环境试验。结果表明:碳纤维复合材料谐振腔内腔型面精度、平整度等均满足设计指标,经历100次-196~120℃高低温循环后,表面金属层/碳纤维复合材料基体结合良好。与殷钢谐振腔相比,碳纤维复合材料谐振腔减重72%。     

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。     

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。     

基于等基因序列双重随机遗传算法的复合材料铺层优化

复合材料铺层优化中常用的各种遗传算法，较难同时综合考虑表面45°、分层比例、连续铺层数限制等复杂工程约束问题，基于此，提出一种针对复合材料层压板的等基因序列双重随机遗传算法，在交换和突变算子中引入双重随机算法以保证优化迭代中基因序列的严格相等，基于SABRE 软件实现该优化算法，并通过算例验证算法的正确性。结果表明：该算法可满足均衡性、对称性、表面45°、连续铺层数限制、铺层比例等复杂工程约束，有较高的可靠性与工程适用性。     

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。     

基于MDNastran的多工况复合材料T尾优化研究

T尾是典型的民用飞机或运输机气动布局形式之一,寻求满足刚度、强度、稳定性约束条件下的结构轻重量是结构方案设计阶段的主要工作任务。利用复合材料弹性优化剪裁技术,运用Nastran软件系统,在细致建立有限元数值分析模型基础上,将梁和杆面积、板壳厚度以及复合材料铺层厚度作为优化变量,进行了结构优化,结果表明：结构各部件重量有所降低。为了考察给定的典型复合材料铺层角布置的合理性,引入复合材料的单元材料方向作为优化变量进行再次优化。优化结果表明：虽然增加材料方向作为优化变量能够使结构重量较初次优化有所降低,但是考虑到制造工艺要求,典型复合材料铺层布置也是合理的。     

全封闭中空异型薄壁复合材料结构成型

以某航天器复合材料一体化摇臂为实例,针对其全封闭、非线性、变截面、变壁厚、细长中空的薄壁结构进行成型工艺方案研究。通过以可溶性芯模为铺层芯模,解决了铺层和脱模问题;选用气囊加压方式,解决了加压和成型问题。结果表明：经过4次-65～60 ℃的高低温循环试验,摇臂结构内部无分层、裂纹等缺陷产生;制备的复合材料摇臂顺利通过鉴定级力学试验,力学性能满足设计要求。采用气囊加压和可溶性芯模相结合的工艺方案,实现了低成本、短周期制备航天器复合材料主承力构件的目标,对类似的全封闭异型复合材料结构的研制具有一定借鉴意义。     

典型复合材料机翼铺层设计分析

利用DASCM程序完成带整体油箱复合材料机翼铺层设计的优选方法、原理和算例。采用了灵敏度分析和导数均匀化两种方法进行复合材料铺层优选设计。优选设计后的复合材料机翼重量仅比金属机翼增重0.84kg,而颤振速度却提高22.6％,满足了设计要求,而且大大加快了设计速度。     

机身上壁板复合材料蒙皮数字化成型工艺

为解决树脂基复合材料复杂结构件工艺难以实现问题,采用三维工艺模型设计、铺层工艺仿真、铺层样片排版与数控下料、激光投影铺层定位等数字化技术,不但从根本上改变了传统的复合材料构件生产方式,解决了工艺技术难题,而且在缩短研制周期、提高产品质量,降低研制成本等方面都取得了显著的应用效果。     

铺层结构对复合材料层合板拉伸性能的影响

设计并制备了6种不同铺层结构的层合板,通过对其进行拉伸试验,研究了不同铺层角度及不同铺层比例对层合板拉伸性能的影响。通过试验获得了6种复合材料层合板在拉伸试验中所能承受的极限拉伸强度,损伤特征以及载荷-位移曲线。结果表明:随着偏轴角增大,复合材料层合板拉伸强度逐渐降低,当45°和90°铺层体积分数相同时,45°铺层的层合板拉伸强度高于90°铺层的层合板;[0°/45°]铺层在表面可有效减小分层面积,由于内部剪切作用[0/90°]铺层更易出现分层。验证了复合材料层合板可通过改变铺层角度设计其力学性能。     

自动铺带技术在复合材料机翼蒙皮的应用

对某型机复合材料机翼蒙皮的结构、材料进行分析,制定了某型机机翼蒙皮的铺带制造工艺方案。通过精确铺放控制设计、同向铺带与交叉异向铺带设计、自动铺放与激光投影、自动下料技术配合使用,成功将铺带机技术应用于某型机复合材料机翼蒙皮的制造,制造出的机翼蒙皮,其无损检测内部质量合格,铺带间隙和表面质量满足设计要求,为铺带机技术在复合材料铺带的应用奠定了坚实的基础。     

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。     

大型复合材料构件数字化制造技术

大型复合材料构件数字化制造技术包括预浸料数控下料技术、铺层激光定位技术、自动铺带技术、纤维丝束铺放技术等.该技术的研究与应用不仅满足大型飞机复合材料构件的制造要求,而且还将推动我国航空装备制造业的快速发展.     

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。     

数字化技术降低复合材料的制造成本

迄今为止,手工铺层和热压罐固化仍是目前航空复合材料构件生产最重要的工艺方法之一.尽管目前出现了先进的自动铺层技术、RTM成型工艺等,但并没有实现低成本技术的目标.     

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.