粉末金属及复材热锻工艺研究现状

相比于常规锻造,热锻工艺在锻造工艺当中应用最为广泛,更有利于组织内部的晶格重组和再结晶,并能够更好地细化组织内部晶粒,降低气孔率,提高综合性能。本文系统地综述了现阶段粉末金属合金以及复合材料的热锻工艺研究进展,介绍了目前采用热锻工艺生产制备的粉末金属及复材,分析了材料在热锻工艺下的模拟技术研究现状,最后讨论了热锻工艺的未来发展方向及后续研究方向。

污染环境中织状复材蒙皮孔的视觉检测技术研究

碳纤维增强复合蒙皮一般通过连接孔与飞机骨架零件进行连接,连接孔的孔位对于保证连接强度至关重要。为了实现污染环境中织状复材蒙皮孔的高效在机检测,文章设计了一套机器视觉装置,提出了连接孔与激光光斑的图像算法,通过孔区域快速定位和临近边缘搜索实现了孔周边缘的精确提取,结合激光光束标定和光斑坐标值计算连接孔的孔位。在蒙皮试验件上开展了在机测孔实验,将文章的图像算法与常规图像算法进行对比。结果表明,文章的算法具有更好的适应性;孔位测量误差小于0.05 mm,检测效率达到每分钟12孔。

客机复材机身货舱门口框结构设计

探讨客机复合材料机身货舱门口框结构的设计技术,介绍复合材料的特点、优势和应用领域,以及机身货舱门口框结构的功能、要求和设计方法。从结构形式、材料选择、开口R角及铺层设计对蒙皮加强影响等方面分析复合材料机身货舱门口框结构设计中的关键问题以及采取的相应措施和技术手段,给出一个复合材料机身货舱门口框结构在某型客机上的应用方案和效果评价,并与传统的金属结构进行比较分析。

复材生产线制造执行系统设计与实现

本文梳理复材生产线制造执行系统项目实施成果,主要阐述了系统实施背景、建设目标、总体方案设计、系统具体功能实现、总结应用效果等相关内容。

三维扫描技术对碳基复材产品加工余量确定的研究

当下碳基复材产品已广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域。碳基复材产品在经过气相沉积,热压成型等工艺后的毛坯件,会存在工件膨胀、结构局部形变、内部结构分层等缺陷。对于体积大、复杂曲面多的碳基复材产品,存在加工基准难以定位,加工余量难以确定的问题。研究人员将三维扫描技术引入碳基复材加工环节,通过三维激光扫描毛坯外形,获得点云数据,进而确定碳基复材产品的加工余量。

基于深度学习的复材表面缺陷检测方法

随着航空航天材料节能减重的发展趋势,高性能复合材料在飞机蒙皮中得到了广泛的应用。然而,对复合材料蒙皮零件的表面质量检测多由人工方式进行,检测效率低,精度低。近年来,视觉检测越来越受到人们的关注,主要是因为它的高精度和高灵活性的无损检测特性。针对复合材料蒙皮零件表面缺陷的视觉检测需求,本文搭建了基于机器人的检测平台,该平台创新性地集成了机械手模块、图像采集模块、激光测距模块、深度学习模块以及配套的上位机软件。为了保证检测的效率和准确性,本系统基于YOLOv5开发了检测算法。此外,由于缺乏原始复合材料蒙皮零件,系统通过镜像旋转、平移和添加噪声3种方法对训练数据集进行扩展。实验证明,该系统能够实现对各类复合材料蒙皮零件的在线、自动化和准确地检测。该系统可以在0.744 s内完成尺寸为5496像素×3672像素的图像检测,且检测精度达到96.35%,满足复合材料表面质量检测的要求。

民用飞机机身复材-金属壁板混合连接结构的试验与分析

民用飞机复材壁板与金属壁板的连接是机身结构设计的重要研究内容,如何将复材帽形长桁和金属Z形/2形长桁连接是研究的重点和难点。本研究提出了一种新型混合连接结构,同时考虑了预埋缺陷和BVID损伤对试验件的影响。通过试验、数值仿真等分析方法研究了混合连接结构的静强度特性,详细分析了试验件的受力情况、失效模式以及破坏位置,很好的解决了复材帽形长桁和金属Z形/2形长桁连接载荷传递问题。研究结果表明:该混合连接结构满足民用飞机结构与强度的设计要求,预埋缺陷和BVID损伤对试验件的破坏载荷和破坏模式无影响。以上研究结果为型号飞机的研制和发展提供重要的指导作用。

复材加热组件一体成型制备及其热/力学性能研究

针对玻纤/环氧复合材料,采用平板硫化机热压成型制备工艺,将预封装的石墨烯加热元件内嵌于复材夹层中,从而制备得到复材加热组件。实验证明,该制备方法对石墨烯复合材料的阻值及发热影响较小,保证了石墨烯加热元件的防/除冰效率。基于复材加热组件,进行了热/力学性能实验和低温除冰实验。实验结果表明,复材加热组件的温升速率随热流密度的增加而增大,并且铺层位置对复材加热组件的温升具有较大影响。在冷环境除冰实验中,环境温度为-20℃,热流密度为0.3 W/cm^(2)时,相较于传统电加热组件,复材加热组件的除冰时间大幅减小,能耗减少约30%,为进一步制备复材加热机翼奠定了基础。

碳纤维复材约束椭圆钢管混凝土短柱轴压性能研究

为研究碳纤维复材约束普通强度椭圆钢管混凝土(CFRP-ECFST)短柱轴压性能,开展了8个不同椭圆截面比、不同复材厚度的短柱试件的静力轴压试验,考察了试件的破坏模式及其影响因素。参考已有碳纤维复材-高强钢管约束混凝土应力-应变设计模型,建立了CFRP-ECFST短柱轴压设计模型,并利用试验结果对该模型的准确性进行验证。结果表明:CFRP-ECFST短柱破坏模式均为中部碳纤维断裂;碳纤维断裂应变随椭圆截面比的增大而降低;碳纤维复材的约束效应随复材管用量增加而增强,但随椭圆截面比的增大而降低;由设计模型计算的轴向荷载-应变曲线与试验曲线吻合良好,表明设计模型能较为准确地估计CFRP-ECFST短柱的轴压承载力,可为该类构件的工程设计提供参考。

复材框架结构泡沫夹芯舱门制造技术

复材框架结构泡沫夹芯舱门组件由多种次级零件叠层胶接装配,次级零件热压蠕变特性、不同叠层装配区域容差分配、工装结构细节设计都将影响舱门制造精度。为了解决这一难题,研究了厚度70mm Cascell 52WH-HT低密度泡沫芯材,在(0.25±0.02)MPa压力下热压蠕变情况,泡沫芯厚度方向较固化前出现热压蠕变比率为-0.7%,并确定了泡沫芯工艺补偿量计算方法;依据舱门气动外形面高精度指标要求,分类设计了不同叠层装配区域容差计算方法,形成了叠层装配区容差计算公式,并实践验证了理论公式可行性;结合舱门框架加强的结构特点,设计并制造了专用成型胶接夹具;采用二次胶接工艺完成复材框架结构泡沫夹芯舱门零件制造,各项指标满足工程技术要求。

复材壁板气密试验研究

复合材料在航空航天领域的应用日益广泛,复材机身受气密载荷的作用,产生沿长桁方向的轴向力和沿圆周方向的环向力,试验中多通过对曲板施加拉伸/压缩和气密复合载荷来模拟应力分布状态。而机翼上的口盖,其受力主要方式为油压对口盖的压力。因口盖的几何形状相对复杂,且与周边采用了多钉的连接方式,以往的试验方法无法满足该试验要求。本文将介绍一种针对复材口盖的气密试验方法,该方法采用自平衡压力盒施加气密载荷,且试验件边界采用与真实结构一样的连接方式,准确模拟了口盖周围的边界条件,且密封简单、加载平稳。

复材异质叠层半自动制孔工艺参数研究

飞机承力部件采用大量的复合材料及难加工金属异质叠层结构,针对复材异质叠层在制孔过程中易出现烧蚀、孔壁划伤、出孔面质量缺陷以及制孔效率低、刀具寿命短等问题,采用EDU进行半自动制孔工艺参数切削试验,利用电流作为轴向力和扭矩的间接测量手段,对制孔过程中的重要表征量钻削力进行监测,判断制孔过程转速和进给量所反映的加工状态,为复材异质叠层制孔时线速度的选取提供依据,同时满足复材异质叠层的加工质量要求。

复材壁板工装双龙门协同加工技术研究

针对大型复材壁板工装双龙门协同加工技术进行了研究,实现壁板工装精准协同加工,减少机床停机时间。通过对壁板工装制定双龙门协同加工方案,进行数学建模,寻求加工过程的最优解,选择最合理的加工策略及加工顺序,对加工难点以及加工工艺流程和加工方法进行了分析,利用数学建模,从双主轴粗加工效率、双主轴精加工效率、双主轴加工曲面分割、程序加工策略4个方面进行研究。

复材壁板工装数控调姿技术研究

伴随着航空用复合材料零件的大型化、复杂化、高精度化的发展趋势,大型复合材料模具工装在未来复合材料模具中的占比会越来越高,工装尺寸普遍超长超宽,加工前工人自行拉直找正的传统调姿方法已不适用于此类大尺寸工装。因此,需要对大型工装在机床床面上的调姿技术进行研究,以便获取一套便捷、快速的调姿方法。

约束方式对温度环境下复材/金属混合结构壁板稳定性的影响

采用有限元对粘结连接和螺铨连接的复材/金属混合结构加筋板进行了数值模拟,分析了混合结构加筋板在不同温度、不同约束方式下的剪切、压缩屈曲及后屈曲性能。结果表明:温度环境下,夹具的厚度、与试件连接形式都对壁板屈曲失稳载荷有影响。通过不同组别的分析优化,可以得到比较理想的夹具及连接形式,即夹板厚度为6mm,螺栓连接;同时热胀系数接近壁板试件的边界约束可作为温度环境下混合结构壁板剪切稳定性试验边界条件较优的设计形式;壁板压缩情况下,侧边固支加筋板失稳载荷比侧边简支加筋板高5.6%,但侧边固支与简支加筋板的破坏载荷基本相同。

嵌入式复材筋加固混凝土桥面板工作性能研究

为了研究表面嵌入式(Near Surface Mounted,简称"NSM")纤维复合筋(FRP筋)加固钢筋混凝土面板的工作性能,对该加固桥面板结构进行试验研究,并通过改变加固筋材类型和加固方式分析其对面板加固效果的影响。通过分析试验结果发现,嵌入式加固能有效提高桥面板承载力,减少面板板底开裂程度和挠度,增强面板刚度,但由于侧向约束刚度的作用筋材类型变化的影响较小。为了深入研究该加固桥面工作机理,对试验模型进行有限元模拟,数值模拟结果与试验结果对比吻合良好。此后采用该数值模型进行参数分析,深入研究混凝土强度、侧向刚度、跨高比、FRP筋弹性模量、加固率、配筋率等结构参数变化对加固桥面板承载性能的影响。参数研究结果表明:侧向刚度和配筋率增加能提高桥面板承载力,但加固效果减弱;桥面板承载力随混凝土强度、加固率和FRP筋弹性模量的增加而提高,但弹性模量变化对桥面承载力提高幅度较小;跨高比增加,桥面板承载力减小,但加固面板承载力提高幅度增长。试验研究和数值分析的结果表明,工程加固时应根据加固面板结构自身材料强度、约束刚度和配筋率选用合理的FRP筋类型和加固率,充分发挥加固材料的作用。

复材车间智能排产系统研究

为解决航天复材车间以经验为主的排产实时性和实用性不够的问题,提出了智能排产系统并讨论了智能排产系统的体系架构和功能组成,研究了基于感知信息的排产计算方法,开发了航天复材车间智能排产原型系统并进行了校验。该系统能够根据生产实时数据和排产知识,自动判断并进行资源优化配置和工序工时计算,并根据生产扰动情况执行重排产及输出排产方案,为企业排产方案的制定提供了依据,并为后续工程化智能排产系统的开发奠定了基础。

电厂烟囱用钛-钢复合板钛复材焊接缺陷产生原因及预防措施

对于钛-钢复合板而言,钛自身的焊接性有若干显著的特点,而且钛和钢熔焊的焊缝会产生脆裂,进一步增加了钛-钢复合板中钛复材焊接的复杂性。本文分析了电厂烟囱用钛-钢复合板钛复材焊接缺陷的产生原因,并提出了相应的预防措施。

基于锤击法的复材结构模态试验研究

基于锤击法的模态试验技术,由于对结构产生的附加质量和附加刚度小等优势在结构模态试验中得到了广泛应用。现运用移动力锤的方法进行模态试验,测试结果表明,对于轻质量复材试验件,移动力锤的方法可有效降低附加质量对结构本身振动特性的影响,并能避免激振器激励所带来的附加刚度,另外还可避免激励过大造成复材结构的破坏。

复材围束补强含箍筋混凝土火害高温影响的承载模式探讨与分析

本研究针对含箍筋混凝土试体进行完整深入的火害补强研究,研究结果显示,随火害温度增高,火害后抗压强度折减越大,而强度所对应的尖峰应变则越大。高强度混凝土火害强度折减效应较低强度混凝土大,其对应的尖峰应变增加比例亦较高。不论试体是否受火害作用,箍筋或复材的围束效果均以低设计强度混凝土较佳。室温下的箍筋间距较大的混凝土试体其抗压强度会比纯混凝土强度较低,但应变仍有提升效果;而在高温火害下其试体抗压强度却比纯混凝土高。不管设计强度高低或箍筋间距大小,当混凝土受火害温度愈高,经复材补强后,其补强效果愈佳,尖峰应变的增加也较大。