三维四向碳/碳预制件微孔板压实致密关键技术

为解决手工编织三维四向碳/碳复合材料预制件层间致密不一致的问题,基于预制件成型技术,建立碳纤维铺放高度与纤维体积含量映射关系,设计等距密排微孔板并提出适用于微孔板的加工工艺;同时为保证预制件压实致密过程中纤维流动性好,采用纤维压缩理论,对等距密排微孔板结构进行优化以降低预制件孔隙率。基于位移-压力双闭环控制策略,研制数字化压实装置,实现预制件密度在线动态调控与无损压纱,保证层间密度一致。为验证压实致密关键技术可行性,进行等距密排微孔板压实实验并对预制件进行形貌观测,结果显示采用优化后等距密排微孔板压实的预制件均匀性更好,较优化前等距密排微孔板压实的预制件孔隙率降低50%。

基于多维度建模的碳/碳软硬混编预制体孔隙分析与单胞模型

为探究碳/碳软硬混编预制体在压实过程初始和最终密实2个阶段中孔隙分布及变化,解决成型后孔隙率无法预测的问题。基于碳/碳软硬混编预制体成型工艺构建一种三维四向孔隙模型,在无压缩载荷和施加压缩载荷2种工况下,从单胞模型的xoy平面和xoz平面2个维度、4个方向观测孔隙;从介观和微观2个尺度研究载荷下纤维形态与截面形状变化对单胞孔隙的影响,建立了纤维尺寸截面变化与孔隙率映射关系,提出影响孔隙率的尺寸系数,使预制体最终孔隙率具有可设计性;通过单胞孔隙模型计算得到预制体在压实阶段最小孔隙率。利用万能拉伸试验机对不同尺寸的预制体进行压实致密实验,得到不同尺寸预制体所受压缩载荷与高度变化曲线,揭示了预制体高度与孔隙率的关系并得到压实致密阶段最小孔隙率。实验结果表明最小孔隙率与理论模型误差小于3%,验证了软硬混编单胞孔隙模型表征预制体孔隙率的正确性。