干纤维自动铺放参数对复合材料剪切性能的影响

为了研究自动铺放过程中干纤维工艺参数对复合材料剪切性能的影响,分析了不同干纤维铺放工艺参数对层合板样件层间剪切性能的影响.结果表明:在给定参数范围内,丝束张力对剪切性能的影响最大;随着丝束张力的增大,纤维展平效果得到提升,剪切性能增强;而随着丝束张力的继续增加,纤维断裂几率增大,剪切性能降低.结合正交试验L9(3^(3))方法确定优选的铺放工艺参数为:丝束张力4 N,压紧力200 N,铺放速度100 mm/s,此时复合材料试件的剪切性能得到明显提升.

两类非可展曲面零件自动纤维铺放变角度轨迹规划算法

为了避免非可展回转外壳类零件及非可展曲面变截面接头类零件在自动纤维铺放过程中出现除端面以外的剪切和重送现象,简化纤维铺放过程的复杂程度,提出一种针对这2类非可展曲面零件自动纤维铺放变角度轨迹规划算法.首先获取零件外形的数据信息,然后计算不同位置处的纤维铺放角,得到初始轨线上的点,最终获取所有轨迹线;此外,还针对不同零件给出了初始点的获取方法;并针对非可展回转外壳类零件及非可展曲面变截面接头类零件,以CATIA CAA与VC6.0为开发平台,给出了该算法的具体实现步骤.通过计算相邻两丝束之间的间隙或重叠,对文中算法的可行性进行了理论验证.

复合材料纤维铺放自动编程技术研究

纤维铺放是近年来发展最快、最有效的复合材料构件成形技术之一.结合所研制的纤维铺放设备,研究复合材料纤维铺放自动编程技术.在已知芯模曲面和纤维铺放路径的基础上,运用机器人学原理建立了纤维铺放机构各杆件坐标系,设计了空间机构运动学逆问题的简化求解算法,针对纤维铺放路径上的每个控制点,得到纤维铺放机构各运动关节位置和姿态.根据传动机构的组成,计算出各驱动步进电机的转角,从而生成纤维铺放机运动控制指令代码.基于CATIA开发平台CAA,开发了复合材料纤维铺放仿真软件模块.

连续纤维增强热塑性树脂基复合材料自动铺放技术研究进展

连续纤维增强热塑性树脂基复合材料具有力学性能优异、使用温度区间广、可二次加工等独特性能优势,在航空等领域取得了长足发展。为进一步提高该类材料的生产加工效率,以自动铺放技术为代表的自动化加工技术成为当前研究的热点。本文在介绍了自动铺放技术的相关概念和连续纤维增强热塑性树脂基复合材料相关材料体系的基础上,总结了自动铺放技术国内外研究和应用现状,并重点阐述了当前自动铺放技术的相关研究热点和研究进展。

碳纤维预浸带自动铺放超声切割器的研究

介绍了铺放过程中模块化碳纤维预浸带切割器的设计,此机构采用超声切割刀,可以对碳纤维预浸带进行任意角度的切割;并设计一种基于PLC和VC可视化界面的切割控制系统,该系统结构简单、性能稳定、经济价值和使用效果突出,切割动作的启停和切割过程自动控制,实现了可靠准确的整洁切割。

6自由度自动纤维铺放成型机设计与研究

针对复合材料自动铺放设备进行设计及研究,基于自动铺放成型设备运行原理,利用SolidWorks软件建立纤维铺放成型机各个部件的三维模型。以6自由度纤维丝铺放成型虚拟样机关键零部件为研究对象,利用ABAQUS软件进行静力学分析及模态分析,得到了关键零部件的仿真结果。通过分析关键零部件的仿真数据,验证铺放成型机的结构能够满足铺放设备作业时所需的强度、刚度及稳定性等要求。建立了铺放成型虚拟样机仿真模型,得到了芯模及铺放头与机械臂连接处的速度及加速度变化规律,通过分析铺放速度及加速度变化范围,验证了6自由度纤维铺放成型虚拟样机设计的合理性。

自动铺放工艺参数对干纤维预成型体工艺性能的影响

相比于航空航天领域常用的预浸料/热压罐工艺,干纤维自动铺放/液体成型工艺可成型出具有相同的纤维体积含量和力学性能的复合材料,且其成本较低。干纤维束可以通过自动铺丝机在加热和加压工艺条件下铺叠成预成型体,其渗透率、纤维体积含量和压缩特性对成型后的复合材料性能有较大的影响。本文针对自动铺放技术的干纤维丝束,通过调控温度和压力制备了不同层间结构的预成型体,研究了自动铺放工艺参数对预成型体性能的影响。结果表明:在一定的压力下,升高铺放温度,预成型体渗透率降低,厚度减小,抗变形能力增强,纤维体积含量提高,在175℃时可达到58.45%;在一定温度下,当增加铺放压力,预成型体厚度、渗透率、抗变形能力和纤维体积含量有同样的变化趋势,0.2 MPa时,纤维体积含量可达55.39%。这主要与干纤维表面定型剂及导流纤维的物理化学变化有关。

高效、全自动的碳纤维复合材料铺放设备

复合材料在飞机上的应用范围越来越大,为满足这种不断扩大的需求,飞机制造商不断地开发出高效率、低成本的复合材料制造技术。其中,用于制造复合材料结构件的工艺装备的设计制造严重地影响着飞机产品的质量及其成本目标的实现。

自动化纤维铺放制造碳预型件的实时认证

为降低成本,人们正在研发像三维编织结构、三维编织物或纤维铺放等可以生产预型件后再浸胶的材料。该类技术的主要优势在于三维结构直接由一维原材料碳纤维纱线制成。这样就可以不受纤维束二维构型的约束,而是在设计预型件时考虑最终零件上的载荷,即可达到更高的性能。

NY9200GA树脂体系预浸料自动铺放粘结性工艺研究

为研究NY9200GA环氧树脂体系预浸料的自动铺放粘结性工艺特性,采用自行设计的预浸料粘结性测试装置,通过单因素试验,研究不同铺放工艺条件下预浸料的层间粘结性变化规律;运用正交试验法确定各铺放工艺参数对粘结性的影响程度。结果表明,随着铺放温度的升高,预浸料层间粘结性先增大后降低,在温度为40℃时粘结性出现峰值;铺放压力的增大和速度的减小均会增加预浸料层间的粘结性;温度对预浸料层间粘结性值的影响最大,压力的影响次之。此外,预浸料层间粘结性与放置时间和纤维方向有关,在室温环境中存放的时间越长,预浸料层间的粘结性越低;随着相邻铺层间纤维夹角的增加,预浸料层间粘结性也逐渐增加,其中0°/90°铺层间粘结性是0°/0°的近两倍。

热塑性FRP自动铺放成型缺陷的多尺度研究进展

纤维增强型复合材料(FRP)自动铺放成型缺陷形成过程涉及多个时空尺度,仅依靠宏观失效理论及实验分析等方法无法实现对FRP铺放成型缺陷机理的研究。为了解决以上问题,本文针对热塑性FRP,分析了其铺放制造过程中常见的缺陷类型及其形成的基本原因,并结合气泡成核、热力耦合、界面增强理论及原位固结技术的国内外研究成果,指出现阶段FRP铺放缺陷机理研究方法的不足,根据现有的多尺度分析法及材料设计的嵌套式关系,提出反串行嵌套式多尺度分析方法,并讨论了基体的流动性、结晶度、黏弹性及吸湿性等微观力学参数的分析和计算方法。最后,采用灰色关联及多目标优化法,提出FRP铺放成型工艺的多尺度协同设计方法。未来研究重点是在铺放样机应用化的基础上,分析工艺参数、成型缺陷与力学性能的关联特性,揭示缺陷形成机理并优化工艺参数。

复合材料自动铺放技术的发展及应用

介绍了自动铺带技术和纤维丝束铺放技术的工作原理、特点、国外发展趋势及应用情况,并探讨了国内的发展现状与需求。

碳纤维预浸料自动分切复卷系统设计与研究

自动铺丝技术是成型复杂曲面(如机身、翼身融合体、进气道等)的关键技术,其适用范围宽,成型效率高,成型构件质量可靠。以自动铺丝机所需窄带预浸料为研究对象,开展将宽幅预浸料分切成预浸窄带,并重新覆膜、收卷,卷绕成规定形状和容量的圆柱状卷装的制备技术研究,提出该技术的工艺流程,开发自动分切复卷机构。结果表明,自动分切复卷设备所生产的预浸窄带分切精度在0.1mm以内,覆膜可靠,导程稳定,卷装密实。同时,该设备分切、复卷速度快,自动化程度高,一次装载可连续运行,完全满足自动铺丝机对窄带预浸料的要求。

热塑性纤维铺放构件的层间剪切强度及孔隙率

热塑性纤维(AS4/PEEK,熔点温度343℃)铺放采用的是原位固化工艺技术,铺放成型后热塑性纤维铺放构件层间性能直接影响构件的力学性能。本工作根据均匀试验法原理设计并进行铺放试验,得到构件的剪切强度和孔隙率,分析铺放工艺参数对铺放构件的层间剪切强度和孔隙率的影响规律,采用SEM对构件的断面层间进行观测,同时优化热塑性纤维铺放构件的剪切强度和孔隙率。结果表明:在铺放试件性能检测数据的基础上,随着加热温度和铺放压力的升高和增大,层间剪切强度也增大,而随着铺放速度的加快,层间剪切强度反之降低;孔隙率与铺放速度及加热温度呈正相关,随铺放压力的增大而降低。当铺放速度为6.00 mm/s、加热温度为699.35℃、铺放压力为539.94 N时,预测构件层间剪切强度最高为52.15 MPa;当铺放速度为6.00 mm/s、加热温度为630.04℃、铺放压力为530.00 N时,预测构件孔隙率最小为1.98%,最后试验测试得到的结果与预测结果基本一致。本工作的研究结果在我国制造业领域中热塑性纤维的应用方面具有一定的实用价值。

复合材料自动铺放技术的研究进展及其工艺特点分析

首先分析了自动铺放技术的国内外研究进展,重点介绍了上海电气于2016年收购德国宝捷自动化公司最新研制的自动铺放设备的技术特点;然后对纤维自动铺放技术与树脂传递模塑技术的工艺流程及优缺点进行了比较;最后分析了纤维自动铺放技术的铺放头结构、工艺流程、及铺放路径规划等工艺特点。

锥壳零件自动铺丝变角度轨迹规划算法

基于自动铺丝设备具有可灵活操作的铺放头及铺放所采用的预浸纤维丝宽度窄等特点,提出一种新型的铺层成型算法——变角度丝束铺放,其具有无间隙和无重叠的特点.以锥壳零件为例,首先建立此类零件几何特征的数学模型,推导出锥壳零件上任意轨迹的数学方程;然后提出变角度铺层的成型原理及方法,建立变角度轨迹规划算法的数学模型并推导出锥壳零件上任意变角度铺放路径及路径曲率的数学方程,再结合自动铺丝设备及预浸丝束自身特点对变角度铺层的可铺性进行分析.最后通过仿真实验对文中算法进行了验证.

红外辅助自动纤维铺放工艺对连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料结构与性能影响

与激光、热风加热相比,红外加热具有低成本、低污染等突出优势,是低熔点热塑性复合材料自动纤维铺放(Automated fiber placement,AFP)成形的理想热源。但是,红外辅助AFP工艺参数耦合性强,对成形精度、缺陷形成与宏观性能的影响尚不清晰,缺乏相关工艺的数据积累。本文针对红外辅助AFP原位成形工艺,通过调控铺放压力和速度制备了连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料单向层合板,研究了铺放温度与压力对减薄效应、翘曲变形、结晶度和孔隙率的影响,进一步探究了结构和缺陷对弯曲强度、层间剪切强度等宏观力学性能的影响规律。研究结果表明:温度过高会导致严重的减薄效应,过低则会导致高孔隙率;成形压力过高会造成严重的翘曲和纤维变形,降低层间剪切强度。通过对温度和压力的合理控制,可使孔隙率降至1%,满足民机复合材料构件2%阈值的要求;试样弯曲强度高达466 MPa,与热压成形相比仅降低6%。

自动铺丝成型构件缺陷在线检测技术进展

自动铺丝(AFP)工艺为连续纤维增强复合材料结构提供了高效和稳定的成型方法,但铺放工艺参数和成型装备性能的不稳定极易造成制件出现间隙、重叠、纤维波纹等各类缺陷,从而严重影响整体结构的机械性能及使用寿命,因此,利用在线检测系统对成型过程中铺层表面或内部缺陷进行实时识别与评估尤为重要。归纳了复合材料铺放过程中常见缺陷的产生原因、表现形式及其对结构产品综合性能的影响。基于不同检测原理综述了复合材料制件自动铺丝成型过程在线检测系统的发展及应用特点,涵盖激光技术、可见光图像技术、热成像技术及布拉格光纤光栅技术等。总结了当前在线检测系统存在的问题,并展望了其未来发展趋势。

复合材料自动成型工艺进展及在航空中的应用

本文就复合材料飞机结构件的自动成型工艺进行了综述,重点介绍了纤维铺放成型、带材铺叠成型的特点与发展。复合材料自动成型工艺在航空领域的广泛应用,必将大幅降低飞机结构件的制造成本,极大地促进航空工业的发展。

基于改进CenterNet的AFP铺层表面缺陷检测

针对利用可见光图像检测AFP铺层表面缺陷受光源条件差、预浸纱纹理对比度低等因素影响,检测结果不理想,提出一种基于改进CenterNet的AFP铺层表面红外图像缺陷检测方法,提高AFP铺层表面缺陷检测性能。首先,针对CenterNet模型参数数量过多而工控机硬件配置有限的问题,提出利用基于ASFF的轻量级MobileNetV3作为骨干网络,构建轻量级anchor-free检测模型AFPCenterNet,减少网络参数数量的同时降低计算机存储资源占用率。然后,针对高斯核函数带宽参数的求解,提出一种根据ground-truth bounding box长宽比自适应调整带宽参数的方法,减小负样本数量,降低网络模型的损失误差。实验结果表明,改进后的AFP-CenterNet在AFP红外数据集上的AP为90.2%,模型内存容量为12.9 MB,使用GPU加速时单张检测时间为52 ms。和原有的CenterNet骨干网络相比,AFP-CenterNet检测精度略差于DLA-34,和ResNet-101相当,比ResNet-18高7.7%,内存占用率和DLA-34、ResNet-101、ResNet-18相比分别降低83.2%、93.6%和78.6%。和SSD、YOLOv3相比,AFP-CenterNet模型的AP分别提升9.6%和8.3%,内存占用量降低85.1%和94.5%。在不使用GPU加速的条件下,改进后的AFP-CenterNet的检测速度和CenterNet、SSD、YOLOv3相比提高近一倍,具有明显的检测优势。