民用飞机机翼翼尖端部全高度泡沫芯壁板制造技术

民用飞机机翼翼尖端部组件结构为全高度泡沫夹芯壁板,由“C”形端隔板、尾边条、楔形块、泡沫芯、外蒙皮组成,型面公差要求严,装配关系复杂,制造过程极易引发内部无损与结构变形,对结构制造工艺的可行性与稳定性提出了严重挑战。通过对泡沫胶接质量验证、泡沫芯进行压缩试验验证,验证了胶膜黏接质量可靠性,同时得出泡沫芯厚度的1%作为蠕变压缩的工艺补偿量。采用AIRPAD-碳布叠层压力垫结构形式,使其在高温固化过程中进行膨胀从而有效进行压力均匀传递,保证端隔板零件制造厚度和消除表面皱褶。对外蒙皮加强层、整层、迎风面进行铺层展开可行性分析,对于无法展开区域按平行于纤维方向进行工艺分片,按照规范拼层错缝调整,在满足设计要求下进行剪口处理,从而保证料片外形与产品外形一致性。为控制组件共胶接质量,采用上/下组合模形式,组合模选用复合材料结构上半模,保证其具有随热压预浸料厚度下降而适应性形变的韧性。通过上述研究成功研制符合设计要求的合格产品并进行装机应用。

飞机复合材料构件模具数字化设计与制造技术

复合材料构件成型模具的数字化设计制造技术是当今航空复合材料发展的重要方向，是提高复合材料构件成型质量、降低制造成本、缩短制造周期的有效途径，是提高我国现代化航空制造技术的一项重要内容。

复合材料制造过程仿真技术综述

复合材料制造过程仿真技术的有效应用可以在复合材料构件设计之初对其制造过程中可能出现的缺陷,如分层、孔隙、温度不均、变形等问题进行预测,从而为优化构件结构、调整工艺参数或模具型面提供依据。对目前复合材料设计制造领域常用的一些软件进行简要介绍,并针对目前复合材料制造过程温度场分布和固化变形仿真技术中存在的问题进行了阐述与讨论。

碟式抛物面太阳能聚光器镜面组件设计及分析

结合我国自主研发的20k W斯特林太阳能热发电系统的聚光器镜面组件,通过比较几种不同的镜面组件排布方式,提出了3层多碟式排布方案。针对面积较大的中间层镜面组件,采用面向制造的设计方法,优化背板结构。在满足背板可成形性的基础上,通过在背板背面增加矩形空心型钢,提高了镜面组件的整体刚度。采用有限元模拟的方法对背板的可成形性进行了研究,通过调整合适的加强筋截面尺寸和摩擦系数,解决了背板成形时的破裂问题。模拟和试验表明背板在一套模具下可顺利成形。

模具-复合材料相互作用的复合材料固化变形仿真方法研究

针对L形复合材料结构固化变形所引起的装配问题,建立了考虑模具-复合材料相互作用的复合材料固化变形仿真模型。首先,利用设置摩擦系数与最大剪切应力的方法,表征成型阶段模具对复合材料结构的剪切滑移效应。其次,考虑复合材料各向异性、材料热胀冷缩效应以及基体化学收缩效应对结构本身固化变形的影响。最后,利用固化硬化瞬时线弹性本构模型,在有效提升计算效率的前提下实现固化变形仿真计算。在此基础上,通过设计不同厚度、不同铺层顺序的L形结构件固化变形实验,验证仿真模型的有效性。实验和仿真分析结果比对最大误差为-20.8%,平均误差为-7.35%。结果表明:对于铝制模具制备的L形结构件,模具与复合材料相互作用会加剧结构的固化变形情况,并且结构刚度对这种变形有重要影响作用。

先进复合材料构件成型模具和工装技术

市场对先进复合材料产品质量、性能、成本、周期等要求的不断提高，促进了先进复合材料工艺技术及其模具和工装技术不断创新发展。

航空先进复合材料铺放及缝合设备的发展及应用

采用先进的自动化铺放设备进行飞机复合材料构件的制备,并采用自动缝合方法提高其损伤容限,是现代飞机复合材料制造技术发展的重要方向。因此,我国企业急需通过引进和研制先进的自动化铺带、铺丝设备以及热隔膜成型、缝合设备,大幅提高我国复合材料自动化制造设备水平,为军民用飞机的型号研制打下坚实的基础。

碟式太阳能聚光器镜面组件设计及制造工艺

介绍了三种碟式太阳能聚光器及其镜面组件的结构形式,针对西航公司自主研发的20k W/25k W斯特林太阳能热发电系统,设计了其聚光器镜面组件,进行了在9级风和自重条件下镜面组件的刚度模拟计算,介绍了镜面组件的制造工艺及关键技术,通过太阳光聚光试验,光斑直径可以达到15cm,表明所设计的镜面组件可以实现聚光要求。

曲线纤维铺放复合材料层合板结构拓扑优化方法研究

本文以曲线纤维铺放复合材料层合板为对象,构建了层合板单层曲线纤维铺放路径模型;结合层合板离散和单元等效原则,建立了曲线纤维铺放层合板单元等效本构关系;基于材料惩罚模式,以最小化应变能为评价结构刚度的指标,提出了体积约束下曲线纤维铺放复合材料层合板结构拓扑优化模型;基于有限元和移动渐近线方法求解拓扑优化模型,以获取层合板结构最优拓扑构型,采用数值算例验证设计方法的准确性。结果表明:构建的曲线纤维铺放层合板结构拓扑优化方法能够获得有效的拓扑构型,改变曲线纤维铺放路径可使悬臂梁和简支梁结构刚度分别提高36.9%和22.6%,性能得到明显改善。

基于科学计算思维与创新能力培养的教学探索——以C语言程序设计为例

培养多元化、综合型人才是新工科建设的基本要求,其中科学计算思维与实践创新能力的培养是重要的举措之一。文章以机械设计制造及其自动化专业的必修课C语言程序设计为研究对象,认真全面地剖析了该课程现行教学模式中存在的问题与相应原因,基于“学生为主、教师为辅”的教学理念并综合新工科与本专业培养要求,提出了一系列切实可行的课程改革方法,以期达到提升课程教学质量、培养具有科学计算思维与实践创新能力人才的目标。

民用飞机垂尾盒段肋组件制造技术研究

围绕民用飞机垂尾盒段肋组件的成型技术开展研究,从肋本体厚度调控、肋本体表面质量提升、肋组件二次胶接质量控制等方面进行探索,制定零件的制造工艺流程。经过多次零件稳定生产制造验证,通过采用上述工艺成型的零件表面质量好,厚度控制效果显著,且零件外形尺寸符合设计要求,内部无缺陷,为同类型飞机肋零件制造提供技术支持。

CFRP铣削有限元模型建立及切削力仿真分析

为探索碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)铣削加工过程中切削力与工艺参数之间的映射关系,建立CFRP铣削加工有限元仿真模型并对切削力进行分析。基于ABAQUS软件通过定义材料属性、材料失效模型、纤维铺层数和纤维方向建立了CFRP铣削加工二维有限元仿真模型,并对该模型进行了实验验证。基于该模型,分析了切削力与纤维方向角、铣削速度、每齿进给量和刀具前角等工艺参数之间的映射关系。仿真结果表明:纤维方向角从0°增大到90°,切削力呈现降低趋势,而纤维方向角从90°增大到180°,切削力呈现增大趋势。随着切削速度和每齿进给量的增大,切削力随之增大,而随着刀具前角增大,切削力随之减小。

纤维夹角和铣削参数对CFRP铣削力的影响

为探索CFRP铣削加工中出现的分层、崩边等表面缺陷形成机理,对CFRP进行铣削加工实验。基于单因素实验法获得了纤维夹角对CFRP铣削力的影响规律,基于中心复合曲面设计,获得了硬质合金刀具铣削CFRP过程中铣削速度、每齿进给量和铣削深度对铣削力的影响规律,并构建了铣削力的预报模型。实验结果表明:纤维夹角在0°～90°,铣削力随纤维夹角的增大而降低,而在90°～180°,铣削力随纤维夹角的增大而增大。f_z和a_e对三个方向铣削力影响都较为显著。v_c对y向和z向铣削力影响较为显著,而对x向铣削力影响不显著。铣削力随三个铣削参数的升高而增大,其中每齿进给量对铣削力影响最大。

MA700飞机固定后缘盒型组件整体成型技术研究

MA700飞机的固定后缘复合材料整体盒型组件是由蒙皮内面板、蒙皮外面板、蜂窝芯和玻璃钢四部分通过胶膜粘接组成的整体结构,型面公差要求严,装配关系复杂。通过对泡沫芯进行压缩试验,根据压缩试验结果优化出泡沫芯铣切公差,最终确定泡沫芯上下表面外型面均放大0.25mm。为保证复合材料内面板与外面板、内面板与泡沫芯之间粘接固化质量,内面板空腔区域采用高温自膨胀硅橡胶芯模,并利用有限元仿真的方法确定膨胀芯模尺寸,从而确保圆角处压力均匀传递。复合材料内、外面板的铺层在R区设计为渐变式搭接铺层,保证组件在R区与工装完全贴合。通过上述研究所成型的整体盒型组件,超声检测、平面度检测、尺寸检测结果均符合验收要求,从而为复杂结构的整体成型技术提供参考。

基于材料性能时变特性的复合材料固化过程多场耦合数值模拟

针对热固性树脂基复合材料固化过程中各种复杂的物理化学变化之间的相互影响,建立了基于材料性能时变特性的复合材料固化过程的二维多场耦合计算模型。该模型由已知的3个经典复合材料固化过程子模型构成,包括热-化学模型、树脂黏度模型和树脂流动模型。在此基础上,将固化过程中材料性能的时变特性引入多场耦合计算模型中。通过与文献中实验结果的比较,证明了所建立的模型具有较高的可靠性。对AS4/3501-6复合材料层合平板的固化过程进行了数值模拟,重点研究了固化过程中纤维体积分数变化及材料参数的时变特性对固化过程中温度、固化度和树脂压力等参量的影响。分析结果表明:考虑纤维体积分数变化和材料性能的时变特性后,固化过程中复合材料层合板中心温度峰值明显减小,树脂压力随时间的变化将有所滞后。

热固性树脂基复合材料热隔膜成型过程数值仿真

为研究制件成型过程中的层间滑移情况及固化后的回弹变形,首先,利用自行开发的热隔膜成型装置制备了热固性树脂基复合材料C型制件。同时,针对热隔膜成型过程建立了三维数值仿真模型;该模型由3个复合材料固化过程子模型构成,包括热-化学模型、层间滑移模型和固化变形模型。然后,在此基础上将固化过程中复合材料性能的时变特性引入到仿真模型中,并将仿真结果与文献中的实验结果进行比较。最后,利用建立的仿真模型对热隔膜成型过程进行了数值模拟,并与实验进行比对,重点研究了成型过程中温度、固化度分布、层间滑移以及固化变形情况。所得结果证明所建立的数值模型对热隔膜成型过程的预测具有较高的可靠性及准确性,可以为后续热隔膜成型参数优化和模具修正提供参考。

基于模具-制件相互作用的复合材料制件固化变形数值模型

针对复合材料制件在成型过程中的固化变形这一关键技术问题,通过在模具与复合材料制件之间引入剪切层的方法,建立了预测复合材料制件固化变形的解析计算模型和有限元仿真模型。剪切层的剪切模量用来衡量固化过程中模具与复合材料制件之间的相互作用,其数值大小通过与实验数据进行比对而得到。基于建立的固化变形模型,与文献中已有的实验结果进行了比较。结果表明:所建立的模型具有较高的可靠性。同时针对L型复合材料制件建立了三维有限元仿真模型,模型中除考虑材料各向异性和化学收缩效应以外,还将成型过程中模具与复合材料制件间的相互作用考虑在内。模拟结果表明:引入模具作用后L型零件的固化变形预测结果更加准确。

热固性树脂基复合材料构件固化变形数值模型

针对树脂基复合材料构件固化过程中的固化翘曲变形这一关键技术问题,通过引入剪切系数的方法来代替固化过程中模具与复合材料之间的相互作用,建立了预报树脂基复合材料构件固化变形的数值计算模型。通过少量实验数据来确定模具与复合材料之间的剪切系数,进而预测复合材料构件的固化变形。通过与文献中实验结果的比较证明了所建立的模型具有较高的可靠性。实验与计算结果表明,该模型能够在不考虑复杂的材料参数变化的情况下对不同结构尺寸及不同工艺参数下的复合材料构件的固化变形进行较为准确地预测。

基于多场耦合方法的厚截面复合材料固化过程的多目标优化

针对厚截面复合材料固化过程温度峰值过大所引起的材料力学性能降低及残余应力过大等问题,建立了基于多场耦合方法的复合材料固化过程多目标优化模型,用以降低固化温度峰值和缩短固化时间。首先建立包含热化学子模型、树脂黏度子模型和流动压实子模型的固化温度多场耦合模型,用以准确描述固化过程复合材料内部温度及构件厚度的演化规律。通过与文献中已有实验结果比较,证明所建立的多场耦合模型的有效性。在该多场耦合模型基础上,引入径向基(RBF)神经网络作为代理模型,利用多目标优化方法,对固化工艺参数进行最佳组合匹配。研究表明,温度峰值与保温平台温度变化呈明显非线性关联,这与复合材料固化过程的非线性特性有很大关系。在保温温度层面,为了降低温度峰值,需要提高第一阶段的保温温度,降低第二阶段的保温温度,同时在保温平台的时间上进行调整,以缩短固化时长。相比较于原有固化工艺制度,本文提出的优化方法可以显著降低厚截面复合材料层合板的固化时长和温度峰值。

基于黏弹性本构模型的热固性树脂基复合材料固化变形数值仿真模型

针对热固性树脂基复合材料热压罐成型工艺过程,采用广义Maxwell(麦克斯韦)黏弹性本构模型建立了残余应力和固化变形的三维模型。模型考虑了复合材料固化过程中的热-化学效应、材料的热胀冷缩效应、基体树脂黏弹性效应以及材料的各向异性。通过与文献中实验结果的比较,证明了所建立的模型具有较高的可靠性。对复合材料C型制件的固化过程进行了数值模拟和实验对比,比对结果表明该数值模型具有较高的准确性。