橡胶辅助增压在非热压罐成型工艺中的应用研究

目的针对蒙皮带筋典型构件,在容易产生孔隙的加强筋底部放入橡胶增压,以优化应力场、减小孔隙缺陷。方法针对CFRP固化成型制度,进行红/蓝2种橡胶模量、热膨胀系数测试及双马树脂流变测试。基于材料测试数据及预浸料固化特征建立了固化前中后3类数值仿真模型,以对比不同橡胶在不同固化时期的增压效果。结果在固化前期,红、蓝橡胶均有增压作用,可使加强筋底部应力提高约5倍;在固化中期,红橡胶有显著增压作用,可使加强筋底部应力提高约9倍并改善应力梯度;在固化后期,橡胶难以发挥增压作用。结论红橡胶可显著发挥增压作用,有效解决加强筋固化成型前中期底部应力不足的问题;在CFRP固化前期,热膨胀系数是影响热应力的主要因素,在固化后期,模量为主要因素。通过对比多组仿真数据,明确了最优增压材料及最主要的材料属性,为解决OOA成型局部压力不足的问题提供了指导方向。

基于ABAQUS的针刺C/C复合材料薄壁锥形件力学仿真平台研究与开发

由于针刺C/C复合材料薄壁件锥形体特殊的纤维铺设工艺,针刺过程中锥形体不同位置处的纤维铺设角度和纤维密度会随圆锥截面半径变化,使得锥形件各处的纤维铺层结构发生改变,导致锥形件整个区域的材料属性不均匀。本文基于ABAQUS软件二次开发,通过Python脚本程序计算锥形件不同区域的相关材料参数,完成对模型材料属性和方向的赋予。另外通过Qt软件建立可视化界面,实现对锥形件的参数化建模。通过改变长程连续纤维的初始铺设角度,研究在加压和拉伸载荷作用下纤维角度变化对锥形体应力分布的影响。实验结果发现,随着纤维初始铺设角度的增大,在内部加压载荷作用下,锥形件大端在环向上所受到的拉应力呈下降的趋势;在拉伸载荷作用下,锥形件在轴向方向上受到很大的拉应力并呈现先上升后下降的趋势。

红外热源辅助开放空间工业机器人熔融沉积成形装备设计与成形性能研究

针对开放空间工业机器人熔融沉积成形(FDM)的关键问题,研发了基于6轴关节型机器人的FDM设备及控制系统。自主设计了可辅助加热的打印头,开发了打印控制系统和机器人控制系统。通过提出打印头挤出速度和机器人运动的同步匹配方法,实现了机器人FDM装备的稳定工作。然后提出了红外热源辅助工业机器人FDM成形方法,通过工艺试验研究了辅助热源参数对制件宏观力学性能和表面粗糙度的影响规律,通过微观结构表征分析了增强机理。研究结果表明:在开放空间环境下,红外热源可有效提高基材温度,显著增强分子链在股线界面处的扩散缠结、提高界面结合强度,使得层间结合强度增大17.6%、制件表面粗糙度降低58%,验证了红外热源辅助开放空间工业机器人熔融沉积成形方法的可行性和高效性。

碳纤维复杂构件LCM成型工艺技术发展综述

复合材料液体成型工艺(Liquid Composite Molding,LCM)是纤维增强树脂基复合材料的主流成型工艺之一。随着航空航天工业的发展,高端装备对复合材料构件的性能以及复杂性提出了更多的要求,需要对当前LCM成型工艺进行创新,为此,新型复合材料成型工艺成为研究热点。本文按成型工艺类别划分,分别概述了复合材料LCM成型、自动铺放-液体成型、三维纺织预制体液体成型以及共固化液体成型的工艺原理、工艺特点与工业应用。最后对复合材料LCM成型工艺未来发展方向提出针对性建议。

基于联合仿真的短纤维增强聚合物共混挤出-注塑成形全流程模拟

短纤维增强聚合物广泛应用于汽车、电子、机械等领域,共混挤出和注塑成形是其最常见的制备和成形工艺。现有共混挤出与注塑成形的模拟仿真存在材料和工艺信息孤立、产品优化协同困难的问题,难以满足聚合物产品高端化与定制化的发展需求。文中提出了一种短纤维增强聚合物共混挤出-注塑成形过程的联合仿真方法,建立共混挤出过程全区域流场计算模型,基于流场模拟实现纤维断裂和纤维长度分布模拟,在此基础上,建立考虑纤维含量的流变与压力-比容-温度(PVT)模型计算材料等效热力学参数,通过模流-结构性能求解注塑拉伸试样的纤维取向与弹性模量分布,实现共混挤出-注塑成形全流程模拟。纤维质量分数为20%,30%和40%的玻纤增强尼龙6注塑拉伸试样弹性模量实验与模拟结果相对误差分别为9.94%,8.32%和3.72%,验证了联合仿真的准确性。

复合材料液体成型树脂三维流前及干斑监测技术

为准确、便捷地在复合材料制件的实际生产中监测漏气、树脂液体流动及干斑缺陷,建立了基于介电传感器的复合材料液体成型树脂三维流前及干斑监测技术。将两张相同大小、相互平行的柔性金属箔及金属箔间的纤维复合材料组成平行板式电容传感器,根据树脂流动过程中传感器内部电介质的状态变化与金属箔间的厚度变化实现监测功能。通过人为制造不同程度的漏气情况,验证了传感器监测纤维承压情况与漏气的准确性;通过在纤维预成型体内不同位置设置电容传感器,利用真空辅助树脂灌注工艺使树脂在纤维预成型体内流动,其实际观测结果与传感器监测信号分析结果一致,证明了传感器具有监测树脂流动前沿与树脂流动速率的能力;在纤维布表面利用凡士林与纤维铺层固定剂制造干斑缺陷,基于树脂流动监测功能,验证了传感器识别干斑缺陷的可靠性。该技术为复合材料制件在实际生产中出现的漏气情况、树脂流动情况及成型缺陷等提供了有效在线监测手段。

双面覆膜与纤维含量对MIM/IMD工艺翘曲变形及力学性能的影响

提出纤维增强微孔发泡双面覆膜模内表面装饰复合成型新方法(GF-D-MIM/IMD),通过在基材中加入玻璃纤维增强相(GF)提升产品力学性能;通过在模具型腔两侧覆膜平衡单面覆膜产生的不均匀温度场,从而降低泡孔分布不均及制品翘曲变形。以拉伸样条为研究对象,采用数值仿真方法,通过在单面覆膜(S-MIM/IMD)、双面覆膜(DMIM/IMD)2种工艺方法中分别添加不同含量纤维,分析气泡半径、数量密度分布规律,探究双面覆膜与纤维含量对成型制品翘曲变形及其力学性能影响。结果表明,相较于S-MIM/IMD,GF-D-MIM/IMD工艺过程中的双面覆膜能有效平衡非对称温度场;纤维含量为20%(质量分数,下同)时,气泡平均半径最小,样条中平均气泡数量密度最大;随着纤维含量增加,拉伸模量与剪切模量呈倍数增长、泊松比呈现先减小再增大的规律。

STL文件错误的修复算法研究

为了修复使用STL文件时产生的一些错误,首先根据错误的特点进行分类,以边的检查作为STL文件错误检查的基础,通过建立错误面片、边和顶点数组来实现错误记录,采用错误描述图来构造错误元素的拓扑关系考虑到不同错误的特点,建立了合并顶点→空洞修复→裂缝修复→删除多余→重叠修复→错误刷新的基本修复步骤开发了专用的STL文件修复工具。

基于三维表面模型的注射成型充填模拟(英文)

充填模拟的计算机软件在预测复杂薄壁型腔的流动行为方面已经比较准确 .现行的数值方法都是采用基于中性层的有限元 /有限差分法 ,但中性层模型的引入使得模拟软件在应用中具有极大的局限性 .本文采用表面模型取代中性层模型 ,通过附加在壁厚方向上的边界条件来保证同一截面上对应表面的协调流动 ,这一创新使由现行的模具设计CAD系统产生的型腔模型可以直接应用于CAE软件 ,突破了原有软件的建模瓶颈 .

塑料注射成型应力与翘曲的集成模拟

针对塑料注射成型工艺的特点,提出了残余应力和翘曲变形的数值模拟方法。根据不同成型阶段特征,提出复合边界条件和假设,残余应力采用线性粘弹性模型,数值实现采用在时间上有限差分和在厚度方向分层处理的方法。翘曲变形模拟在传统的平板壳元模型基础上,提出了基于制品表面网格的改进模型,避免了使用传统板壳模型的缺陷。通过实例对比分析证明,提出的数值模拟方法能较好地预测制品应力与变形。

气体辅助注射成型气体穿透界面计算模型研究

气体辅助注射成型由于其显著的优越性得到了迅速地推广应用,对气辅成型过程的计算机模拟成为当前研究的热点课题．针对气辅成型充填模拟的关键问题──气体穿透界面的求解,首次提出了采用匹配渐近展开法求解气体穿透厚度的计算模型,初步的模拟计算获得了与实验一致的结果．

基于成形模拟的注塑件熔接缝确定与评价

在塑料注射成形流动保压模拟结果的基础上 ,提出了基于节点特征模型的熔接缝位置确定新算法 ,通过对熔接缝性能影响因素的深入分析 ,创建了基于人工神经网络方法的熔接缝性能评价模型 。

疏浚抛泥工程引起的悬沙增量变化分析

由描述工程前后二维悬沙运动的控制方程出发,梳理了二维悬沙增量控制方程的推导过程。利用过程中一系列的简化,阐明了悬沙增量方程与悬沙方程不仅是形式上的不同,其近底泥沙通量项已发生物理意义的改变,且求解的泥沙边界条件也发生变化。工程抛泥若造成沉降机率、沉降速度等参数及物理量发生较大变化,悬沙增量方程能否采用值得重新商榷,因此其适用范围需在计算中加以关注。在本文的实例计算中发现,采用工程前后悬沙运动控制方程比较得到的结果与悬沙增量控制方程计算结果大致相同。悬沙增量方程在实例中得到了较好的应用。

塑料材料的流变实验与流变参数拟合

阐述了塑料材料流变参数在注射成型模拟中的重要意义 ,简要介绍了流变数据的测试方法 ,采用基因遣传算法实现流变参数的拟合。并通过实例验证了所开发的拟合算法的正确性及流变参数对CAE分析结果的影响。

气体辅助注射成型充填仿真

研究了气体辅助注射成型的特点 ,建立了其充填模拟的数学模型 .针对其中的关键问题——气体穿透界面的求解 ,首次提出了详细的计算模型 .初步的模拟计算获得了与实验一致的结果 .

塑料成型缺陷诊断专家系统

构造了一个诊断塑料制品缺陷的专家系统，可以帮助工艺师准确可靠地完成这项工作。系统采用Ｃ语言开发而成，知识表达是基于规则和过程，使用了不精确推理和混合推理技术。系统具有良好的用户界面，操作方便，易于使用与维护。

基于注射成型CAE模拟的熔合纹确定与评价:(Ⅱ)熔合纹的评价

在深入分析熔合纹影响因素的基础上 ,建立了采用人工神经网络方法的熔合纹定量评价模型 ,并通过实验进行验证 ,结果表明 ,神经网络的预测值与实测值能较好地吻合。

基于表面模型的注射成型充填模拟

充填模拟的计算机软件在预测复杂薄壁型胶的流动行为方面已经比较准确。现行的数值方法主要采用基于中性层的有限元/有限差分/控制体积法,但中性层模型的引入使得模拟软件在应用中具有极大的局限性。采用表面模型取代中性层模型,通过附加在壁厚方向上的边界条件来保证同一截面上对应表面的协调流动。最后应用实例论证了此表面模型能够处理由流行CAD系统生成的复杂型腔模型。

塑料注射虚拟成型教学系统

塑料注射成型技术的发展与注射模具设计人员需求的增长十分迅速,模具设计人员学习必要的塑料成型基本原理是掌握塑料注射模具设计方法的现实需要。在自主开发的虚拟注射成型单元技术的基础上,研究开发了一个塑料注射虚拟成型教学系统,通过建立知识化、数字化、可视化的教学工具来提高设计人员的学习效率、学习兴趣及对问题理解的深入程度。

基于STL的约束不完全Delaunay四面体剖分

基于STL(STereo Lithography)文件描述的实体造型,应用插入多边形操作技术对实体表面进行二维Delaunay三角网格剖分,形成空间离散点集和新的约束边界;采用换面操作方法实现离散点集的Delaunay四面体构型;采用四面体外接球心和内切球心加权平均的坐标点加密四面体网格;在边界恢复操作中,采用2D-3D联动优化的方法实现边界一致性恢复,对难以恢复的局部区域,放弃Delaunay空球准则,进行特殊处理,从而实现表面约束的不完全Delaunay四面体剖分.实例表明所提出的算法具有很好的适应性.