复合材料T型加筋壁板成型工艺设计与验证

复合材料整体件制造技术是目前复材发展的核心技术,其中复材零件固化过程中加筋壁板轴线度的偏移是复材壁板制造薄弱环节之一。T型加筋壁板成型中提高T型长桁轴线偏差是解决部件装配协调的关键技术。该文叙述了一种典型复合材料T型加筋壁板的成型工艺设计,介绍了在加筋壁板成型工艺中的关键技术控制,解决了成型过程中的技术质量问题。最终验证了复合材料T型加筋壁板的成型工艺设计的有效性。     

复合材料机翼上壁板剖面形状选择研究

目前复合材料作为一种密度低、比强度和比刚度高的先进材料,已经广泛应用于飞机机翼的主承力结构中。如A350和B787外翼翼盒壁板(蒙皮+长桁)为复合材料长桁加筋壁板。复合材料外翼上壁板概念设计阶段,首要解决的问题是壁板剖面形状选择问题。本文讨论了复合材料长桁加筋壁板的稳定性、工艺性和维修性以及如何在定义壁板剖面初始尺寸时综合考虑维修性和工艺性问题,分析了壁板临界欧拉柱屈曲失稳模式,并确定上壁板剖面基本形状。     

复合材料加筋壁板长桁终止端失效分析

为了研究复合材料加筋壁板长桁终止端在轴压载荷作用下的破坏机制,基于ABAQUS有限元软件中的连续壳单元和cohesive单元建立了有限元模型,在该模型中,采用hashin准则预测面内损伤,而对于壁板与长桁缘条之间的脱胶损伤的起始与扩展,则采用cohesive单元进行模拟。采用该模型对复合材料加筋壁板长桁终止端在轴压载荷作用下的破坏过程进行仿真,仿真结果与试验结果相比较表明,所建立的有限元分析模型能较好地模拟加筋壁板长桁终止端在轴压载荷作用下壁板与长桁缘条间的脱胶过程,且能较好地预测该结构的承载能力与分层面积。     

民机复合材料结构设计成本驱动研究

民用飞机的经济性是关乎其能否获得商业成功的重要因素。在民机复合材料结构工程领域,减少飞机研发及使用阶段的综合成本已成为主要的设计驱动之一。本文面向民机工程,以复合材料平尾壁板作为成本分析模型,按照不同的成型工艺及流程,量化评估了制造成本,并为平尾壁板设计的工艺选择提供成本驱动。     

某垂尾成品安装孔边距工艺研究

某垂尾成品较其他机型进行了升级,为保证稳固性,由口框固定改为机加肋、钣金肋以及壁板长桁固定。由于壁板长桁位置存在偏差,安装需要进行调整,加大长桁与肋骨相对位置偏差。在协调某成品与机加肋、钣金肋、长桁安装时存在多处孔边距小情况。本文着重结合骨架装配、总装装配、某成品孔位装配过程,从零件外形尺寸,机加肋与钣金肋肋间距,机加肋、钣金肋、壁板长桁相对位置等方面进行了原因分析。并采取了以下改进措施:(1)骨架装配时严格控制两肋之间的肋间距;(2)完善装配工艺过程,优化装配顺序;(3)更改机加肋、钣金肋及壁板长桁零件尺寸;最终使得某垂尾成品安装孔边距小问题得到解决。     

复合材料基体固化成型工艺综述

树脂基复合材料具有比强度高、比模量高、抗疲劳性能优良、工艺性能良好及具有可设计性等特点,一直受到工业界的重视,各种复合材料产品被应用到各行各业,尤其是在航空航天领域。复合材料从原材料到形成制品的过程,都需经过固化与成型,方法已经有几十种。文中介绍了国内外复合材料主要的基体固化方法、成型工艺和相关研究;固化方法主要有热固化、辐射固化与微波固化等,成型工艺主要有模压成型、渗透成型、缠绕成型与拉挤成型等;同时,对工艺研究与应用也进行了展望。     

复合材料加筋壁板长桁凸缘变厚度设计对长桁-蒙皮界面承载能力的影响

长桁与蒙皮之间的脱胶是复合材料加筋壁板主要的失效形式之一。本文首先对复合材料机翼结构长桁-蒙皮典型结构进行了三点弯曲试验,获得破坏载荷以及界面失效模式。然后基于ABAQUS建立三维有限元模型,采用内聚力模型模拟界面的破坏情况。有限元计算结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的合理性。在此基础上,对长桁凸缘宽度方向采用渐变厚度设计,开展了其对长桁-蒙皮界面承载能力的影响分析。研究结果表明采用变厚度设计可以减缓长桁凸缘末端附近的刚度突变,降低长桁凸缘末端与蒙皮之间界面的面外载荷。凸缘变厚度设计可以有效避免长桁与蒙皮界面过早出现脱胶失效,长桁凸缘末端越薄,界面脱粘载荷越大。     

T700/5429复合材料热成型工艺过程研究

为完成树脂基复合材料固化成型工艺过程研究,提出了基于傅里叶热传导定律和基体热动力学特性的复合材料固化过程热?化学模型,完成了复合材料成型过程中热压罐及复合材料层合板内部瞬态温度场的模拟分析,评估了温度场分布情况对复合材料成型精度和固化变形的影响规律.研究结果表明厚度是影响复合材料内部温度场分布的重要结构参数,T700/...     

复合材料蜂窝夹层与长桁加筋形式在翼面类结构上的对比选用

从飞机翼面类结构选型设计的角度出发,在等重量基准下,比较了蜂窝夹层和长桁加筋的壁板形式对于翼面主要载荷的承载能力。主要通过工程算法,计算分析了两种壁板结构形式下翼面整体的抗弯能力和局部弯曲刚度,并从复合材料层压板厚度、蒙皮宽度、翼型高度分类对二者承载能力做了比较。得到结论:对于翼型高度低、层板厚度小的次承力翼面结构(如活动面等),蜂窝结构的局部抗弯结构效率一般要高于长桁加筋结构。对于翼型高度高、层板厚度大的主承力翼面结构(如外翼盒段、中央翼等),长桁结构的局部抗弯结构效率一般要高于蜂窝结构。     

Tandem-GMAW电弧增材制造基层成型宽度研究及热过程分析

电弧增材制造网格壁板以逐层堆积的方式直接在基板上沉积网格结构,能够极大地提升生产效率并降低成本.在网格壁板的成型过程中,基层的成型和整体的热过程决定了上层是否能成功完成成型.本文针对不同板厚作为基板的基层成型不规律问题,利用不同环境因素下的试验得到其成型熔宽及余高数据,根据得到的数据建立有限元填充模型.采用有限元模拟方式研究基板厚度、预热温度、距边缘距离等关键参数对电弧增材制造网格壁板的影响规律.试验结果表明:随着基板厚度的增加,基层成型宽度明显减小;随着预热温度的升高,在80℃温度以内宽度增加不明显,当预热温度超过120℃,基层成型宽度出现明显的增加;在边缘距离大于20 mm时,边缘距离对成型宽度基本没有影响;边缘距离小于20 mm时,随着边缘距离的减小,成型宽度逐渐加大,在边缘距离为10 mm时整个边缘基板的温度达到500°,基板塌陷倾向明显.最后通过上述试验结果,应用热力学理论构建基层成型数学模型,结合统计学最小二乘法,辅助确定热源参数后采用有限元模拟的方法可以进行不同工艺参数及板厚的热过程研究,这种创新性结合热力学解析解、统计学方法和简单实测解,可以有效地减少电弧增材基层热过程分析时间,提升成型研究效率.     

工艺参数对复合材料长桁预制体变形成型制件质量的影响

为优化复合材料机械变形成型工艺,利用自主设计制造的机械成型设备制备预成型制件,通过对制件外形尺寸及微观结构进行表征,研究了成型温度、成型速率及成型间距等工艺参数对机械变形成型质量的影响。结果表明：成型温度、成型速率及成型间距3个成型工艺参数对复合材料机械变形预制件的质量都有明显影响,且3个因素之间互相作用;采用本文的材料体系,在制备铺层方式为[0°/45°/90°/-45°]_4s的L-型制件条件下,较优的成型工艺参数为成型间距4.3~4.5 mm、成型温度45~60℃及成型速率3~5 mm/min;通过制件尺寸表征、纤维变形量测量、金相分析等方式可以有效表征机械变形成型制件的宏观及微观质量。     

基于正交试验法的复合材料固化工艺规范参数优选

在复合材料固化过程中,选择合适的固化工艺规范不仅可以制造出质量较为均匀的制品,而且还能最大限度的降低能耗、节约成本。本文采用正交实验法对双马来酰亚胺树脂复合材料固化工艺规范中的几个关键参数,即升温速率、保温温度、降温速率进行优选,得到固化时间较短、能耗较低的固化工艺规范。     

航空发动机复合材料叶片先进制造技术研究进展

大规模采用复合材料叶片是目前航空工业实现航空发动机更高涵道比和减重的最有效途径。以复合材料航空发动机叶片的制造技术研究进展为主题，介绍了现阶段树脂基、金属基和陶瓷基复合材料航空发动机叶片的主流加工工艺；重点讨论了关键制造技术的发展现状和应用情况，包括树脂基复材叶片的预浸料/模压成型工艺和三维编织结/增强树脂传递模塑成型工艺、金属基复材叶片的模压成型、加压浇铸工艺和超塑成形/扩散连接工艺以及陶瓷基复合材料叶片的熔体渗透工艺；探讨了航空发动机复合材料叶片的发展趋势，并提出未来复合材料叶片关键制造技术的研究方向。     

复合材料壁板中长桁的胶接应力分析

用拟协调板元和梁元离散飞机尾翼翼面典型复合材料加筋壁板,对长桁截面刚度突变和面板后屈曲剧烈变形两种导致脱胶情况分别进行了线性前屈曲和非线性后屈曲逐渐破坏有限元分析,利用文中提出的节点力法,计算长桁与面板间的胶接应力。结果表明:刚度突变在突变处引起相当大和逐渐衰减的胶接应力,剪应力的衰减比正应力慢;后屈曲变形的急剧变化导致与波峰和波谷对应的胶接点的胶接应力比较高,但低于两倍临界载荷时,胶接应力不大。     

整体化壁板桁条末端设计及试验研究

复合材料结构整体化设计时,由于设计要求或设计限制条件,机翼壁板的长桁常常在翼肋、机翼的前后梁附近、机翼的油箱附近等部位终止,在长桁截止端处应力集中水平较高,极易引起缘条／蒙皮界面脱胶分层。设计四种不同构型的截止端试件,并开展相应的拉伸试验研究,结果表明,B组试件的截止端斜削构型最优,应力集中水平最低且损伤扩展最小的截止端构型;试验中采用A超检测损伤的发法是可行的,能够直观地呈现出损伤扩展的历程。     

第八届昌河“十佳青年”

钱栋祥 工艺室主任．高级工程师 公司复合材料方面的青年专家。参加工作13年，一直在车间从事工艺工作，在复合材料领域做出了重大贡献．使公司在该项技术上处于本专业领先水平。他先后获得了新机首飞个人二等功、第二届青年科技文化节科技明星奖、《底部抗坠结构成型技术研究》公司一等奖、《ZSF型整流罩成型技术的改造》公司二等奖、“复合材料零件橡腔衬模制造技术”公司二等奖等荣誉称号。     

含预埋元件热塑性复合材料共固化智能结构失效行为

预埋金属连接件并与碳纤维增强热塑性复合材料共固化是实现航空航天、汽车等重要工程领域结构高性能轻量化和智能化设计的有效手段之一,能够有效避免复合材料钻孔带来的力学性能损失以及纤维不连续引起的局部应力集中。该研究将金属连接件预埋入碳纤维/PA6预浸料,采用热压成型工艺制备共固化复合材料结构,考察预埋元件周围纤维连续与不连续结构形式对复合材料结构力学行为的影响,结合超声检测技术,分析智能连接结构损伤破坏模式,并建立相对应的有限元模型,探究因局部纤维结构形式不同所带来的复合材料力学性能和失效行为的差异。结果表明：预埋金属件周围的局部纤维结构形式对碳纤维增强热塑性复合材料的力学性能影响不大,但会带来不同的复合材料失效模式。     

整体化壁板桁条截止端损伤监测的试验研究

复合材料结构整体化设计时,由于设计要求或设计限制条件,机翼壁板的长桁常常在翼肋、机翼的前后梁附近、机翼的油箱附近等部位终止。在长桁截止端处应力集中水平较高,极易引起缘条/蒙皮界面脱胶分层。设计4种不同构型的截止端试件,并开展相应的拉伸试验研究。结果表明,B组试件的截止端斜削构型最优,应力集中水平最低且损伤扩展最小的截止端构型;试验中采用A超检测损伤的发法是可行的,能够直观地呈现出损伤扩展的历程。     

PET机织物增强PVC复合材料成型工艺探讨

本文从试制复合材料常用的成型工艺——层压法入手,对PET机织物增强PVC复合材料的成型工艺作了较深入的研究,并探讨了复合工艺中温度、压力、时间对复合材料性能及复合制品外观的影响。结论表明:三个工艺参数配置不当,将会引起复合材料内在及外观质量的恶化;只有三者合理搭配才能制成性能优良、外观良好的复合材料制品。     

车用碳纤维复合材料性能及成型工艺

 碳纤维复合材料(CFRP)具有高强度、高刚度、高断裂韧性、耐腐蚀、高阻尼等特点,可大幅提高汽车服役寿命、燃油效率和安全舒适性,已被公认为汽车工业领域最理想的轻量化材料。但由于传统复合材料成型工艺来源于品种多、批量小、高成本生产的航空工业,为了满足车用CFRP 对高效率、低成本、规模化、自动化制造技术的迫切需求,国际主流车企结合车身部件设计灵活、厚薄不均、复杂程度地不同的具体特点,开发了众多差异化的新型快速成型工艺,以实现最小碳纤维用量下最大程度地发挥复合材料功效的目的。本文通过与高强钢、铝合金、镁合金等其他先进轻质材料的对比,介绍了碳纤维复合材料在使用性能上的多样化特点及显著优势;并结合车用碳纤维复合材料部件典型应用案例,分析了当前最具发展潜力的差异化快速成型工艺。