热塑性复合材料原位成型工艺及关键技术

介绍了原位成型工艺及其两项关键技术的研究与发展过程,根据原位成型技术应用于航天领域的典型型号,提出了原位成型工艺两项关键技术的指标,并对原位成型工艺未来的发展进行了展望。     

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。     

CF/PEEK超声原位固结铺放及其复合材料力学性能

热塑性复合材料自动铺放（ATP）原位固结成型是未来航空复合材料结构件的发展趋势,缩小其制件与热压制件性能的差距具有工程实践意义。基于超声原位固结成型工艺,制备碳纤维增强聚醚醚酮树脂基复合材料（CF/PEEK）层合板,并与铺放后热压和直接平板热压试样比较力学性能差异,为热塑性复合材料的自动铺放提供参考。结果表明,超声热源能够满足CF/PEEK铺放的能量要求,功率的增加和铺放速度的降低有利于铺层结合;与平板热压试样相比,铺放成型试样的孔隙率高,纤维存在部分损伤;在节省了平板热压后固化周期的情况下,超声铺放单向层合板试样拉伸强度、拉伸模量和层间剪切强度分别为1.32、113.8 GPa和39.2 MPa,达到了直接热压试样的80.4%、84.8%和65.1%,在经过热压后固化后,分别提高到直接热压的92.1%、92.6%和82.5%。超声原位固结成型试样的简支梁摆锤冲击失效形式为分层,其经过热压后,孔隙率下降,铺层结合强度提高,试样的冲击失效形式为断裂,与直接热压的相同。     

纤维铺放设备中丝束增减控制方法及其比较

纤维铺放技术是实现复合材料"低成本"制造的重要手段之一,同时也是近年来发展最快、最有效的先进制造技术.铺放设备的丝束铺放工作主要由铺放头完成,因此丝束增减控制是铺放控制系统研究的重点.通过分析铺放头结构、铺放控制系统结构、单路丝束的工作循环和丝束在重送、切断、铺放状态下夹紧模块、重送模块、切断模块的工作情况,总结出丝束...     

S形进气道纤维铺放轨迹规划和优化方法

为研究纤维铺放轨迹规划和优化算法,在分析等铺放角法和等距偏置法两种轨迹规划 方法的基础上,提出基于纤维带边缘曲线的轨迹规划方法和纤维带丝束数量计算方法。在轨 迹铺放角范围满足设计要求的前提下,将等铺放角法和等距偏置法两种轨迹规划方法相结合 ,提出以曲线在曲面内等距偏置为核心的铺放轨迹优化方法。该算法可以提高铺放设备的工 作效率,并对纤维带丝束数量、纤维重叠面积、纤维间隙面积等铺放信息的计算方法进行了 分析。最后将以上分析结果应用到S形进气道曲面的铺放轨迹规划中,证明了该铺放轨迹规 划和优化方法的可行性。
     

纤维铺放设备机械手臂末端运动轨迹的后置处理技术研究

在已知被铺放芯模和芯模铺放纤维轨迹的基础上,对数控铺放设备的后置处理算法 进行了研究。通过铺放设备运动过程的分析,将这种冗余度机器人的七个关节分两个部分处 理：主轴关节部分和机械手臂部分。运用机器人学相关原理建立杆件坐标系,通过机器人运 动学的正解和逆解,得到了机械手臂六关节变量的解。提出利用投影向量法判断铺放螺旋轨 迹方向。同时为了实现铺放过程的运动仿真,系统阐述了铺放轨迹的前期处理方法。分析了 铺放头角度参数和位置参数的关系及铺放头角度参数的合理范围。最后通过铺放运动过程仿 真,证明了所提出的后置处理算法和轨迹数据前期处理方法的正确性。     

双机器人协同精准铺丝技术

双机器人协同铺丝是提高铺丝效率的有效方法,受到了航空航天产业的广泛关注。首先介绍了国内外双机器人铺丝系统的研究现状,对其关键技术包括机器人任务分配和运动规划进行了综述,分析了影响铺放质量和铺放效率的因素,着重介绍了末端执行器精准定位以及基坐标标定,总结了铺丝路径精准规划的方法,研究了机器人铺丝过程中产生缺陷的原因,对铺层表面的缺陷检测技术进行了讨论,并对实现更高效精准铺放的发展趋势进行了展望。     

基于红外和可见光图像融合的铺丝缺陷检测方法

为提高纤维自动铺放(AFP)的质量,分析了目前视觉检测技术中单光谱检测技术成像的局限性,提出一种基于深度学习的红外与可见光联合检测缺陷手段以实现对铺放缺陷的检测、定位和分类。利用热红外图像与可见光图像中易检缺陷种类不同的特点,采用特征融合网络将两种光谱信息融合从而改善检测效果。考虑在线检测对实时性要求较高,为提高检测速度,采用单阶段检测网络作为检测框架,并依据纤维缺陷的长宽比分布严重不均的特点分析了单阶段检测网络中基于锚框方法的不足,提出采用无锚框的检测框架,增加改进的特征金字塔网络结构进行多尺度预测。以全类平均正确率(mAP)为衡量指标,实验结果相比单光谱检测方法、基于锚框检测方法和未使用改进特征金字塔结构分别提升了6.30%、6.64%和1.02%。通过Tensor RT加速后检测网络对每张608像素×608像素图像的检测时间小于20 ms,满足实时检测的需求,检测平均召回率超过88%,平均精确率超过82%,满足生产准确度需求。数据在试验台进行离线检测验证得出,并在大型龙门铺丝机上进行了在线测试。     

大型复杂结构的快速纤维铺放

减轻航空飞行器的重量对于提高燃油效率、降低成本,以及长距离飞行和增加载重都非常重要。这方面的创新可由碳纤维的高比强度来实现,而对于高生产率的需求则需要使用极其复杂的机器来实现。     

面向中小企业的动态联盟及其运行模式研究

将网格化方法应用到飞机S型进气道模型的铺放轨迹规划中,即利用UG网格生成器网格化进气道CAD模型,并生成网格化数据,以该数据为基础建立网格单元和节点之间的拓扑关系,在每个网格单元中计算铺放轨迹和轨迹点的法向量.通过仿真试验证明该方法具有程序执行速度快、生成的铺放轨迹曲线光滑、无曲线突变情况等特点,具有一定的工程应用价值.提出利用UG的二次开发功能开发适用于该轨迹生成方法的网格化工具.