层叠碳布加工设备技术改造研究

针对层叠碳布加工生产的现状及应用需求,结合碳纤维性质和加工形式造成的碳纤维断线问题,进行层叠碳布加工设备的改造设计。通过改变缝纫机缝针结构和运动方式,采用双针系统并配以松线辅助机构,明确各执行构件之间的相互配合关系,绘制相对应的运动循环图,并对改进机构进行三维建模、装配,对执行构件进行运动学分析。结果表明:改进后的层叠碳布加工设备解决了缝制过程中的断线问题,且双针机构在内外针不断交替的过程中缝纫变得更加平滑,缝纫效率提高了10%左右。认为:改进的双针机构与松线辅助机构能够实现降低断线率和提升层叠碳布生产效率的目的。

碳纤维层叠布用缝纫机的改进设计与三维仿真

为有效减少碳纤维层叠布缝纫过程中的断线问题,改进了用于碳纤维层叠布缝制的缝纫机。改进的理论依据是执行构件叉与圆周期性地挑动缝纫线使缝纫线放松,配合缝纫针完成缝纫工作,减少缝纫线在缝纫时的切应力,减少缝纫过程中断线,保持缝纫的连贯性。基于Pro/Engineer软件对改进机构进行三维建模、装配,参数化设计了改进机构中的齿轮、凸轮、拨线叉、拨线杆等关键构件,利用其机构模块对改进机构中的执行构件拨线叉与拨线杆进行位移、速度、加速度分析。结果表明,改进机构运行平稳,满足预期设计要求。改进后机构可降低断线率,提高生产效率。

层叠碳布射流穿刺成型机理的仿真与分析

为了提高成型加工工艺的稳定性,提出基于射流穿刺的层叠碳布射流穿刺成型方法。首先将碳纤维与射流进行混合,根据碳布基体表面的损伤程度进行层叠碳布射流穿刺成型过程的稳定性控制,进行层叠碳布射流穿刺成型优化流程设计,在层叠碳布射流穿刺成型工艺过程中,采用水射流进行碳纤维与射流的混合传尺处理,分析碳素纤维的加热稳定性,研究水射流与层叠碳布作用机理,在射流形成后加入碳纤维,采用负压引射方式抽吸的方法,进行流固耦合分析计算,分析压力、流量和结构形式之间的耦合性,采用量化分析的方法,进行喷头三维几何建模,为层叠碳布射流穿刺机理的研究和仿真分析提供有效方法。仿真分析不同直径比对前混合式喷头湍动能的影响,并进行碳纤维运动学计算结果分析,分别截取三种参数配置下第一层碳布表面的射流速度及流出第三层碳布表面的射流速度,并绘制速度曲线。仿真分析得知,射流作用力对碳布表面经纬纱的撞击力为0.952 1 N,远小于金属刺针对纤维材料的冲击力,倾斜射流时,碳布受力及变形不均匀,射流能量损耗大,该方法能提高参数配置性能,层叠碳布射流穿刺仿真结果与碳布受力及变形理论分析相吻合。

平面内准各向同性的二维碳/碳复合材料

用化学气相渗(CVI)工艺制备的碳布重复层叠的二维碳/碳复合材料在碳布平面内是正交各向异性的,沿纤维束方向的试样,拉伸强度和弯曲强度远远高于与碳纤维束成45°角的试样,其拉伸和弯曲破坏方式分别表现为碳纤维断裂和碳布层间开裂。而与纤维束成45°角的试样的拉伸和弯曲破坏则表现为碳布的经向、纬向纤维束接点的开裂。通过碳布按不同方向层叠来提高复合材料在层面内的各向同性是行之有效的,随着相邻两层碳布中纤维束夹角的减小,复合材料的各向同性增加。复合材料的拉伸强度缓慢降低,最后趋于稳定值,弯曲强度先降低后又增加,最终恢复到与碳布重复层叠的碳/碳复合材料沿纤维束方向的水平。

基于有限元计算的碳纤维性能分析模型设计与仿真

针对层叠碳布射流穿刺机理进行了研究,提出一种基于有限元分析的射流穿刺碳纤维预制体的性能分析方法。该方法对水射流冲击碳布的物理过程进行分析,基于流体力学中的有限元分析软件Fluent与碳纤维布成型软件TexGen,分别对水射流场和碳布进行有限元建模。将水射流刺入层叠碳布层间,评估碳纤维布的性能,增强碳纤维预制体层间强度。为了验证所提仿真理论的正确性,使用CFD流固耦合分析技术对射流穿刺碳布进行测试。基于Ansys网格划分后的实验结果表明,在水射流冲击碳布的过程中,射流速度在碳布中逐层递减,射流打击力逐层减小。同时碳布变形也不断减弱,仿真与理论分析的结果一致。